【導讀】精確、穩(wěn)定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業(yè)向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內(nèi)傳感器企業(yè)大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產(chǎn)。在一個有著100多家企業(yè)的行業(yè)中，幾乎沒有傳感器制造商進行觸覺傳感器的生產(chǎn)。
給一個壓力，還一個電信號。觸覺傳感器的簡單轉變就能讓真實世界以“二進制”的方式傳給機器人。
“一點點壓力就能產(chǎn)生匹配的電流。”在加了形容詞后，這個轉變困難了一些，西北工業(yè)大學副教授楊鵬飛解釋，要靈敏地捕捉到“一點點”的輸入，并給出嚴格匹配的輸出。
“需要穩(wěn)定、精確的輸出，并且消除不同‘維’間的耦合干擾。”東南大學教授宋愛國的進一步闡釋意味著這種轉變難上加難。
這個信號轉變的穩(wěn)定實現(xiàn)，讓巴掌大小的日本陣列式產(chǎn)品即便賣到10萬元，也能在科研和產(chǎn)業(yè)市場占盡先機。“靠進口”是科技日報記者日前多方調(diào)查該產(chǎn)品消費者的一致答案。
行業(yè)內(nèi)，工藝不過關
精確、穩(wěn)定的嚴苛要求，攔住了我國大部分企業(yè)向觸覺傳感器邁進的步伐，目前國內(nèi)傳感器企業(yè)大多從事氣體、溫度等類型傳感器的生產(chǎn)。在一個有著100多家企業(yè)的行業(yè)中，幾乎沒有傳感器制造商進行觸覺傳感器的生產(chǎn)。
“我們曾委托深圳的一家企業(yè)制作陣列式觸覺傳感器，但因為工藝不過關，產(chǎn)品的一致性比較差，傳感器陣列中點與點的性能無法做到一樣。”宋愛國的經(jīng)歷可能并不是個例。
“我們的大部分關鍵零部件都是國外進口。”國內(nèi)某知名機器人制造企業(yè)負責人表示，包括觸覺傳感器、減速器在內(nèi)的國內(nèi)產(chǎn)品，在穩(wěn)定性、一致性方面不太過關。
“傳感器用國外進口的。”楊鵬飛所在的生命科學院，通過對骨骼等的研究進行仿生機器的生產(chǎn)，以用于航天或工業(yè)輔助用途。“這些仿生機器會在很嚴苛的環(huán)境下工作，對零部件的要求很高。”
傳感器一般用于仿生機器人的生產(chǎn)
可見，對賣方而言，工藝門檻太高；對買方而言，國產(chǎn)貨沒有保障。“一個向左、一個向右”的局面，形成了依賴進口、內(nèi)生乏力的惡性循環(huán)。
行業(yè)外，材料不夠純
除了生產(chǎn)工藝，材料純度也是從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的“扼咽之處”。
“導電橡膠、導電塑料、碳納米管、石墨烯等都是可用作觸覺傳感器的材料。”宋愛國說，國內(nèi)的材料質(zhì)量、生產(chǎn)水平并不穩(wěn)定，“石墨烯的生產(chǎn)應該還可以，但是用石墨烯制作傳感器的技術還不成熟”。
為了獲得高品質(zhì)的材料，宋愛國實驗室會自己用導電膏制作符合標準的導電橡膠。導電橡膠通過將玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等眾多導電顆粒均勻分布在硅橡膠中制成。擠壓可以讓導電顆粒相互連接，從而產(chǎn)生電流。分布越均勻，電流產(chǎn)生與壓力的關系越有規(guī)律。
技術復雜，另一道坎
日漸復雜的技術也讓國產(chǎn)產(chǎn)品落得越來越遠。
一片巴掌大小的日本陣列式傳感器售價10萬元，并能保持嚴格的均一、穩(wěn)定性。而國內(nèi)產(chǎn)品多為一點式的，一般100元一個。
宋愛國介紹，日本陣列式傳感器能在10厘米×10厘米大小的基質(zhì)中分布100個敏感元件，由于襯底柔軟，對不同方向力的計算以及力之間耦合干擾的消除使得敏感元件越多、相互之間的距離越短，越難做到準確地輸出。日本在產(chǎn)業(yè)化方面較為領先，其他國家大多處于實驗室階段。
此外，每個敏感元件的受力維度也增加了技術的復雜性，施力有六個維度（X、Y、Z軸3個方向，以及對應的力矩方向），維度之間的耦合干擾如何消除也是需要在基礎研究上發(fā)力的環(huán)節(jié)。“著名的波士頓動力翻跟頭機器人用的僅是三維的觸覺傳感器。”宋愛國說。
有布局，但轉化難推進
我國在觸覺傳感器的一種——多維力傳感器的研究方面，很早就進行了布局。宋愛國介紹，1987年東南大學和中國科學院合肥機械智能研究所獲得863重點專項的支持，研制六維力傳感器。“靜態(tài)精度已經(jīng)達到誤差率僅為1％—2％，和世界先進水平差不多。”宋愛國坦言，但是動態(tài)精度還需進一步攻關，動態(tài)耦合誤差在5％—10％左右，“例如尚未達到有高速打磨任務的工業(yè)機器人的使用要求”。
但是，從成本上看，“目前的工業(yè)機器人平均造價是12萬元左右，一個六維力傳感器成本就要3萬余元，目前的國內(nèi)工業(yè)機器人市場還不具備規(guī)?；a(chǎn)這一產(chǎn)品的條件。”宋愛國說。相較而言，美國ATI工業(yè)自動化公司的相關產(chǎn)品，成本已下降到每個2—3萬元。
不可否認的是，在原創(chuàng)技術的追趕中，后來者必須繞過先行者的相關專利保護，除非找到明顯更優(yōu)解，否則很可能會因為繞過專利而提高技術達成的門檻，大多數(shù)時候，傳說中的“變道超車”要靠運氣。
（來源：澎湃新聞 ）
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