文 | 昆仲資本
我們先來(lái)做個(gè)小實(shí)驗(yàn)。
請(qǐng)你打開(kāi)冰箱，并從冰箱里捏起一枚生雞蛋。
這時(shí)，你能感知到它的橢圓形狀、微妙的重量，以及表面細(xì)膩且略帶粗糙的質(zhì)感。更重要的是，你能精確控制施加的力度——既不會(huì)捏碎脆弱的蛋殼，也不會(huì)讓它從指間滑落。這種精細(xì)的力控能力源于我們指尖數(shù)以萬(wàn)計(jì)的觸覺(jué)感受器，它們能同時(shí)感知多維度的力學(xué)信息，包括壓力、紋理和溫度。
如今，機(jī)器人也正在獲得這種神奇的能力。但對(duì)于機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這種對(duì)物理世界的精確感知需要通過(guò)視觸覺(jué)傳感器實(shí)現(xiàn)。這些傳感器通常由柔性材料制成，內(nèi)部嵌入壓力傳感元件和成像系統(tǒng)，能夠捕捉物體的形狀、硬度、紋理等多種特性。近年來(lái)，視觸覺(jué)傳感器已經(jīng)在人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，并成為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人靈巧操作的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。
01 什么是視觸覺(jué)傳感器？
視觸覺(jué)傳感器 ( Vision-Based Tactile Sensor，VBTS ) 是一種基于視覺(jué)的觸覺(jué)感知裝置。與傳統(tǒng)的單一維度力傳感器不同，它能夠同時(shí)感知法向力（垂直于表面）、剪切力（平行于表面）、相對(duì)滑動(dòng)和物體的位姿等多維信息，非常接近人手的觸覺(jué)信息維度。
GelSight 是視觸覺(jué)傳感器的典型代表。它于 2009 年由 MIT 計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的 Edward Adelson 研究團(tuán)隊(duì)首次提出。名稱中的 "Gel" 指的是傳感器表面使用的彈性凝膠材料，而 "Sight" 則暗示其基于視覺(jué)的工作原理——內(nèi)置攝像頭在 LED 燈光輔助下捕捉物體接觸凝膠表面產(chǎn)生的形變，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法將這種形變映射為精確的觸覺(jué)信息。
視觸覺(jué)傳感器的工作原理可以類比為一個(gè)微型的 " 接觸成像系統(tǒng) "。當(dāng)物體接觸傳感器表面時(shí)，彈性材料會(huì)根據(jù)接觸力的大小和方向產(chǎn)生不同程度的形變。這些形變通常肉眼難以分辨，但借助特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)和高分辨率攝像頭，可以將微小形變放大并轉(zhuǎn)換為清晰的圖像。
這些圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)深度學(xué)習(xí)算法處理后，能夠重建出接觸表面的三維壓力分布圖，甚至可以識(shí)別出物體的精細(xì)紋理特征，如指紋的脊線和谷線、布料的織紋，甚至紙幣上的凹凸浮雕。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，與其他類型的觸覺(jué)傳感器相比，視觸覺(jué)傳感器具有以下優(yōu)勢(shì)：
首先，它提供的是高密度的觸覺(jué)信息，而非離散點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，這使得觸覺(jué)感知更加全面和精細(xì)。
其次，由于核心感知元件是攝像頭，因此避免了傳統(tǒng)觸覺(jué)傳感器中大量電子元件的復(fù)雜布線和環(huán)境干擾（如溫濕度、電磁）問(wèn)題。
第三，彈性材料表面具有很好的適應(yīng)性，能夠與各種形狀的物體充分接觸，提高感知準(zhǔn)確性和接觸的穩(wěn)定性。
02 技術(shù)演進(jìn)：從概念驗(yàn)證到實(shí)用化應(yīng)用
視觸覺(jué)技術(shù)的發(fā)展軌跡體現(xiàn)了一門新技術(shù)從理論到實(shí)踐的漸進(jìn)過(guò)程。
在技術(shù)誕生初期，研究重點(diǎn)在于展示這種新型傳感方式的可行性與優(yōu)勢(shì)。MIT 的團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)包含數(shù)十種不同材質(zhì)的觸覺(jué)紋理數(shù)據(jù)庫(kù)，包括織物、木材和砂紙等常見(jiàn)材料。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，機(jī)器能夠準(zhǔn)確分類不同材料，證明視觸覺(jué)傳感器可以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)物體特性的識(shí)別。
技術(shù)的重大突破出現(xiàn)在機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。研究團(tuán)隊(duì)將視觸覺(jué)與機(jī)械臂集成，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)小型零件的精確定位與操控。特別值得一提的是，這種傳感器的分辨率達(dá)到了微米級(jí)別，使機(jī)器人能夠感知極其細(xì)微的表面變化，為精細(xì)操作提供了必要的反饋信息。
通過(guò)視覺(jué)和觸覺(jué)的結(jié)合，機(jī)器人展示了類人的精細(xì)操作能力和閉環(huán)控制功能。例如，在插拔 USB 接口等需要精準(zhǔn)定位的任務(wù)中，視觸覺(jué)傳感器的加入顯著提高了成功率，減少了對(duì)精確預(yù)編程的依賴，增強(qiáng)了機(jī)器人在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中的適應(yīng)能力。
這些進(jìn)展標(biāo)志著視觸覺(jué)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室概念走向?qū)嵱霉ぞ叩霓D(zhuǎn)變，為后續(xù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
近年來(lái)，視觸覺(jué)傳感器技術(shù)持續(xù)迭代，各研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)推出了多種改進(jìn)版本。例如，英國(guó)布里斯托大學(xué)的 TacTip 采用仿生設(shè)計(jì)，模擬人類指尖皮膚下的機(jī)械感受器結(jié)構(gòu)；UC Berkeley 的 OmniTact 實(shí)現(xiàn)了彎曲表面的全方位觸覺(jué)感知；商業(yè)化產(chǎn)品如 GelSight 具備精細(xì)紋理和稀疏切向力感知的能力。
隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)和人工智能算法的不斷進(jìn)步，視觸覺(jué)傳感器正變得更小型化、更靈敏和更智能化，為機(jī)器人賦予真正的 " 觸覺(jué)智能 "，讓它們能夠像人類一樣，通過(guò)觸摸來(lái)認(rèn)識(shí)和理解世界。
03觸覺(jué)爭(zhēng)奪戰(zhàn)：光學(xué)巨頭專利圍城下的新銳突圍
然而，行業(yè)深度創(chuàng)新的燃燒點(diǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到，視觸覺(jué)傳感器的發(fā)展不能僅依循 GelSight 的光學(xué)路徑這一單一技術(shù)軌跡。專利壁壘、技術(shù)瓶頸和應(yīng)用場(chǎng)景的多樣化需求正在催生更加多元的技術(shù)路線，推動(dòng)行業(yè)突破創(chuàng)新天花板。真正的技術(shù)突破需要從傳感原理、材料科學(xué)和算法架構(gòu)等多維度進(jìn)行深入創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室概念到工業(yè)級(jí)應(yīng)用的質(zhì)變。
從市場(chǎng)格局來(lái)看，目前主要有兩種技術(shù)路線并行發(fā)展。
第一種路線是基于三色光的光度立體法原理，采用高清攝像頭捕捉彈性體表面的微小形變。這種方案的最大優(yōu)勢(shì)在于分辨率較高。然而，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致傳感器體積較大，小型化是一大挑戰(zhàn)；同時(shí)，傳感器發(fā)熱量大、頻率低、彈性材料的耐用性也亟待解決。
第二種路線是基于單色光的圖案追蹤原理，具體來(lái)說(shuō)，傳感器內(nèi)部集成了攝像頭，當(dāng)物體接觸傳感器表面時(shí)，攝像頭能實(shí)時(shí)捕捉密閉光場(chǎng)中的彈性材料上圖案的形變特征，并結(jié)合解析算法解算光場(chǎng)變化，從而實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)感知能力。
這種方案成功攻克了視觸覺(jué)傳感器算力要求高、發(fā)熱量大、耐用性差等難題，顯著降低了生產(chǎn)成本。我們的被投企業(yè)戴盟機(jī)器人采用的正是這一技術(shù)路線，并開(kāi)創(chuàng)性地將傳感器厚度減少到毫米級(jí)別，正在推動(dòng) " 全球最薄 " 視觸覺(jué)傳感器的產(chǎn)業(yè)化。
目前，兩種技術(shù)路線均已應(yīng)用于具體場(chǎng)景：
GelSight 將基于三色光的光度立體技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)物品裂紋、缺陷的儀器；
戴盟機(jī)器人最新發(fā)布的視觸覺(jué)傳感器 DM-Tac W，采用了基于單色光的圖案追蹤原理的技術(shù)路線。DM-Tac W 每平方厘米覆蓋 4 萬(wàn)個(gè)感知單元，遠(yuǎn)超于人手每平方厘米 240 個(gè)感知單元，是當(dāng)前最密集的陣列式觸覺(jué)傳感器的數(shù)百倍，其空間分辨率達(dá) 0.1mm，賦予夾爪等執(zhí)行末端類人觸覺(jué)能力，已應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子、智慧物流等場(chǎng)景。
從應(yīng)用前景看，視觸覺(jué)傳感技術(shù)正在滲透到多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，它使協(xié)作機(jī)器人能夠輕柔地處理易碎物品，執(zhí)行精密裝配任務(wù)；在醫(yī)療領(lǐng)域，手術(shù)機(jī)器人配備視觸覺(jué)傳感能力后，可以更精確地感知組織特性，區(qū)分正常組織和病變組織；在工業(yè)檢測(cè)中，它能識(shí)別肉眼難以察覺(jué)的表面缺陷；在可穿戴設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，它提供真實(shí)的觸覺(jué)反饋，大幅提升虛擬環(huán)境的沉浸感。
值得注意的是，市場(chǎng)中目前存在一定的知識(shí)產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)。但像戴盟這樣采用自主研發(fā)技術(shù)路線的企業(yè)，在產(chǎn)品性能和成本方面取得了競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，能更好地推動(dòng)視觸覺(jué)傳感器市場(chǎng)將從實(shí)驗(yàn)室技術(shù)逐步走向大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，推動(dòng)整個(gè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)向更高層次發(fā)展。
資本市場(chǎng)對(duì)這一領(lǐng)域表現(xiàn)出的濃厚興趣，也將加速技術(shù)迭代和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動(dòng)市場(chǎng)從技術(shù)導(dǎo)向向應(yīng)用導(dǎo)向過(guò)渡。在國(guó)家大力支持高端制造和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的背景下，國(guó)內(nèi)視觸覺(jué)領(lǐng)域的創(chuàng)新企業(yè)將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間和更加多元化的應(yīng)用場(chǎng)景，有望在全球競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)重要一席之地。
04投資邏輯與風(fēng)險(xiǎn)分析
當(dāng)前投資視觸覺(jué)傳感器行業(yè)的核心邏輯在于，這是一個(gè)仍處于早期階段但擁有明確增長(zhǎng)路徑的前沿技術(shù)領(lǐng)域。市場(chǎng)尚未形成絕對(duì)龍頭，為創(chuàng)業(yè)公司提供了彎道超車的機(jī)會(huì)。
從技術(shù)角度看，視觸覺(jué)傳感在測(cè)量力的維度、捕捉物體紋理和硬度以及分辨率等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。特別是其基于視覺(jué)的工作原理，使其能夠與機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)形成天然協(xié)同，通過(guò)共享數(shù)據(jù)和模型，實(shí)現(xiàn)真正的視觸融合控制，這一點(diǎn)對(duì)于未來(lái)通用機(jī)器人的發(fā)展至關(guān)重要。
然而，投資者也需要清醒認(rèn)識(shí)潛在風(fēng)險(xiǎn)。首先，視觸覺(jué)領(lǐng)域尚未形成類似計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域 ImageNet 那樣的標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模數(shù)據(jù)集，也缺乏專門的觸覺(jué)大模型。這使得技術(shù)發(fā)展面臨數(shù)據(jù)和算法雙重瓶頸。
其次，當(dāng)前視觸覺(jué)傳感器的耐用性仍有提升空間。表面材料長(zhǎng)期使用后可能發(fā)生磨損或老化，影響傳感精度和使用壽命，這對(duì)產(chǎn)品的商業(yè)化形成挑戰(zhàn)。
在技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，實(shí)時(shí)處理視觸覺(jué)圖像需要相當(dāng)?shù)挠?jì)算資源，如何在保證性能的同時(shí)控制功耗和成本，是產(chǎn)品工程化必須解決的問(wèn)題。此外，由于物理結(jié)構(gòu)限制，當(dāng)前視觸覺(jué)傳感器的感知面積有限，與人類皮膚覆蓋整個(gè)身體的觸覺(jué)感知相比仍有差距。
盡管面臨這些挑戰(zhàn)，視觸覺(jué)傳感技術(shù)仍然展現(xiàn)出巨大潛力。與深度學(xué)習(xí)技術(shù)深度融合后，這一領(lǐng)域有望實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)步，加速?gòu)膶?shí)驗(yàn)室研究向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。投資者需要關(guān)注技術(shù)突破、成本下降和應(yīng)用拓展這三個(gè)關(guān)鍵維度的進(jìn)展，尋找最具潛力的投資標(biāo)的。
05總結(jié)：翻開(kāi)感知革命的新篇章
隨著人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速，我們相信視觸覺(jué)傳感器有望成為市場(chǎng)增長(zhǎng)最為迅猛的感知組件之一。未來(lái)，隨著材料科學(xué)、微電子技術(shù)和人工智能算法的進(jìn)步，視觸覺(jué)傳感器將更加小型化、低成本化，并具備更高的耐用性和精度。
當(dāng)這些突破匯聚，我們終將見(jiàn)證一個(gè)更具溫度的人機(jī)交互時(shí)代：機(jī)器人手指能像人類一樣輕柔地拾起花瓣，精準(zhǔn)地完成微米級(jí)手術(shù)縫合，甚至通過(guò)遠(yuǎn)程觸覺(jué)傳遞跨越千里的擁抱。
這不僅是技術(shù)的進(jìn)化，更是機(jī)器認(rèn)知世界方式的根本變革——從冰冷的二進(jìn)制計(jì)算，到充滿感知的 " 血肉相連 "。站在感知革命的門檻上，視觸覺(jué)傳感器正如二十年前的攝像頭一樣，即將從專業(yè)領(lǐng)域走向無(wú)處不在。
