傳感新品

【清華大學(xué)：研發(fā)基于光纖傳感技術(shù)的多模態(tài)觸覺感知的仿生機(jī)械手】

隨著軟體機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，觸覺感知在人機(jī)安全交互、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療器械領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。如何用簡單的系統(tǒng)集成更多的觸覺感知、獲取更多交互信息面臨著諸多挑戰(zhàn)。

該工作從嚙齒動物胡須和人類指尖的觸覺感知機(jī)制中汲取靈感，結(jié)合分布式光纖傳感技術(shù)，提出了一種具有仿生觸須和毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)的多模態(tài)觸覺感知軟機(jī)器手指（圖1），該軟體手指不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對物體觸碰狀態(tài)、接觸力、表面粗糙度、物體硬度、接觸位置等的感知，還能靈巧無損地抓取易碎物體和水下透明物體。曲鈞天助理教授為獨(dú)立通訊作者，清華大學(xué)博士生毛百進(jìn)、碩士生周坤鈺和向喻遙岑為論文的共同第一作者。

01 研究背景

軟機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展凸顯了觸覺感知日益增長的重要性。目前，大多數(shù)用于軟體機(jī)械手的觸覺傳感技術(shù)依賴于單個傳感器或多個觸覺傳感器陣列。然而它們提供的觸覺感知信息有限，限制了全面觸覺反饋的能力。除此之外，現(xiàn)有的觸覺感知系統(tǒng)表現(xiàn)出相對較低的集成水平，并且容易受到電磁干擾，從而降低了觸覺感知的精度。胡須作為嚙齒類動物的主要觸覺感覺器官，具有高靈敏度和靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境的導(dǎo)航；人類指尖皮層下含有各種感覺感受器和神經(jīng)元，它們相互配合可以準(zhǔn)確地感知來自外部物體的接觸和壓力。因此，課題組從嚙齒動物胡須和人類指尖的觸覺感知機(jī)制中汲取靈感（如圖2），利用光纖傳感器的分布式傳感優(yōu)勢模擬了觸覺感知神經(jīng)系統(tǒng)，提出了一種具有仿生觸須和毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)的多模態(tài)觸覺感知軟機(jī)器手指，以實(shí)現(xiàn)對多種模態(tài)的觸覺感知。

02 文章概述

具有觸覺感知的軟體機(jī)械手，可以收集各種觸碰交互信息，這對人機(jī)交互、可穿戴設(shè)備和機(jī)器人的靈巧操作至關(guān)重要。然而，大多數(shù)具有觸覺感知能力的軟握手的觸覺感知模式有限，限制了它們的靈活性和安全性。此外，現(xiàn)有的觸覺系統(tǒng)復(fù)雜度較高，導(dǎo)致其感知信號的穩(wěn)定性較差。受多種生物體觸覺機(jī)制的啟發(fā)，課題組提出了一種多模態(tài)觸覺感知軟機(jī)器人手指。該手指基于改進(jìn)的鰭射線結(jié)構(gòu)，利用分布式光纖傳感系統(tǒng)作為其觸覺感知神經(jīng)模擬了人類手指的觸覺能力，可以識別低至0.01 N的接觸力，具有可觀的靈敏度（106.96 mN/nm）（圖3）。

如圖4所示，我們利用懸臂梁模型設(shè)計(jì)了長度約為10mm，直徑1mm的仿生觸須，該觸須能識別三種不同觸碰方位以及辨別觸碰強(qiáng)度，真實(shí)的還原了嚙齒類動物的主要觸覺感覺器官。該軟體機(jī)械手指尖在不同粗細(xì)的砂紙表面上滑動時，可以有效區(qū)分砂紙的不同目數(shù)及滑動方向，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)CNN模型下的識別精度可達(dá)98.78%。

該仿生手指具有模擬人手指腹定位能力（視頻1）以及對不同剛度材料的識別能力（視頻2），通過建立卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對指腹位置識別和剛度識別的準(zhǔn)確度分別可達(dá)97.79%和98.38%（圖5）。不僅如此，該手指構(gòu)成的二指平行軟體機(jī)械手對不同曲率半徑的橘子具有較高的識別能力（96%），有望在農(nóng)業(yè)的無損采摘和分類中發(fā)揮重大作用。

傳感動態(tài)

【兵器工業(yè)第二一四研究所朱小燕：為蚌埠智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量】

位于蚌埠龍子湖畔的中國傳感谷，正聚力打造千億級智能傳感器全產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)業(yè)集群，一群懷揣夢想、求真務(wù)實(shí)的科技工作者正奮戰(zhàn)在科研戰(zhàn)場，積極推動我市智能傳感器產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。朱小燕就是其中的一位。

近日，中國兵器工業(yè)第二一四研究所里，一身工作服的朱小燕才從車間出來，匆忙扒了一口飯，腦子里還在想著剛剛的測試數(shù)據(jù)。

傳感器是人工智能硬件設(shè)施里的“神經(jīng)元”，也是物聯(lián)網(wǎng)最重要的“元器件”之一，是培育和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)性器件。通過它，能讓人與物“對話”、物與物“互通”，實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。

工作中的朱小燕。

多年來，朱小燕一直工作在國產(chǎn)智能傳感器及集成電路研制第一線，與團(tuán)隊(duì)一起不斷探索、精益求精，自主研發(fā)的產(chǎn)品多次打破了國外技術(shù)封鎖，參與研制的某低噪聲放大電路，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，目前已批量應(yīng)用。

作為中國三大傳感器研發(fā)制造基地之一的蚌埠，是全省唯一、全國為數(shù)不多的同時擁有集成電路及MEMS晶圓生產(chǎn)線的城市?！鞍霾寒a(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)好、起步早、發(fā)展快，我也趕上了好時代?！敝煨⊙喔嬖V記者，2012年，她研究生畢業(yè)后，就進(jìn)入中國兵器工業(yè)第二一四研究所從事半導(dǎo)體工藝及PCM測試技術(shù)研究。

為應(yīng)對復(fù)雜嚴(yán)峻的國際形勢，2014年起，在中國兵器工業(yè)集團(tuán)和蚌埠市政府的大力支持下，中國兵器工業(yè)第二一四研究所開始在蚌埠建設(shè)6英寸半導(dǎo)體集成電路工藝線。

朱小燕作為核心技術(shù)骨干，被任命為測試工藝班組長，負(fù)責(zé)PCM及在線測試設(shè)備的論證選型、安裝調(diào)試、驗(yàn)收及使用維護(hù)，同時承擔(dān)測試程序開發(fā)、測試方法與規(guī)范建立、測試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定等各種工作。

“摸石頭過河，反復(fù)嘗試摸索?！敝煨⊙嗾f，由于是首次建設(shè)6英寸工藝線，他們遇到了許多問題，也沒有經(jīng)驗(yàn)可借鑒。為加速6英寸半導(dǎo)體工藝線建設(shè)，降低運(yùn)行成本，搶抓半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史機(jī)遇，她和團(tuán)隊(duì)的同事們天天加班加點(diǎn)、查閱文獻(xiàn)資料、咨詢設(shè)備廠家、請教同行經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)、探究測試原理。

通過堅(jiān)持不懈的努力，她帶領(lǐng)班組按時完成近20臺測試設(shè)備的安裝調(diào)試與驗(yàn)收，編寫形成各型號測試設(shè)備規(guī)程10份、各類電路PCM測試規(guī)范22份、在線工藝檢測規(guī)范3份……

功夫不負(fù)有心人，在朱小燕及班組人員的共同努力下，2016年，PCM及在線測試工藝模塊建立，具備PCM及在線測試能力，保障了6英寸半導(dǎo)體集成電路工藝線的順利運(yùn)行。

近年來，蚌埠緊抓機(jī)遇，加快培育和發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力，把智能傳感器產(chǎn)業(yè)集群作為全市重點(diǎn)打造的五大產(chǎn)業(yè)集群之一，依托中國兵器工業(yè)第二一四研究所等大院大所和龍頭企業(yè)，建成國家級微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室和“安徽省智能傳感器創(chuàng)新中心”等，聚力打造中國傳感谷，推動要素集聚，加快平臺建設(shè)，著力構(gòu)建產(chǎn)業(yè)鏈、形成產(chǎn)業(yè)集群、打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)，在全國智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展中走在前列。

在高端放大器電路領(lǐng)域，我國曾長期依賴進(jìn)口，國內(nèi)鮮有全自主研制。朱小燕和團(tuán)隊(duì)成員一起，不畏艱難，勇挑重?fù)?dān)，承擔(dān)起兩款高性能放大器電路研制工作。

近年來，基于蚌埠6英寸半導(dǎo)體工藝線，朱小燕和團(tuán)隊(duì)自主開發(fā)器件結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)、測試方法，大膽假設(shè)，小心求證，不斷迭代試驗(yàn)，經(jīng)過三年技術(shù)攻關(guān)，突破了參數(shù)一致性差、溫度漂移大等高性能放大器研制中的一系列“卡脖子”問題，將該放大器的電路精度大幅提升，電路性能指標(biāo)達(dá)到國外對標(biāo)產(chǎn)品水平。

在某圖像傳感器研制項(xiàng)目中，朱小燕通過千萬次的測試與調(diào)試，不僅評估了器件性能，而且能夠定位器件的缺陷位置及種類，為器件優(yōu)化設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)提供重要數(shù)據(jù)來源。目前，該圖像傳感器及工藝技術(shù)，處于國際領(lǐng)先水平，打破了國外技術(shù)封鎖。同時，她參與研制的某低噪聲放大電路，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。

她還帶領(lǐng)班組簽訂“師帶徒”協(xié)議，把自己學(xué)到的先進(jìn)技術(shù)毫無保留地分享給同事，和同事們共同提高、共同進(jìn)步。

近年來，朱小燕參與國家級和省部級重點(diǎn)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，獲得專利授權(quán)4項(xiàng)，國防科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎、蚌埠市“三八紅旗手”……一路披荊斬棘，成為技術(shù)尖兵，綻放光芒。

“科研就像跑馬拉松，大家一起堅(jiān)定信心、一起跑，才能迎來最終勝利?！敝煨⊙嗾f，智能傳感器的星辰大海，是她值得投入全部精力去探索奮斗的畢生事業(yè)。

【紅杉資本等持續(xù)看好加碼，華旋傳感完成B+輪融資】

近日，常州華旋傳感技術(shù)有限公司（簡稱：華旋傳感）完成B+輪融資，老股東紅杉資本等持續(xù)看好加碼，同時引入新股東上?？苿?chuàng)基金等機(jī)構(gòu)。常州華旋今年已經(jīng)完成北美某零部件公司、德國某車企、韓國某車企的新能源汽車電驅(qū)動平臺旋變量產(chǎn)項(xiàng)目審核，開始批量出口到北美、德國、韓國等地，是常州華旋國際化進(jìn)程的重要里程碑。此次融資也是為了更好的拓展國際化業(yè)務(wù)，進(jìn)一步擴(kuò)大海外市場份額！

常州華旋傳感技術(shù)有限公司立足于行業(yè)科技創(chuàng)新，專注于旋變傳感器及其解碼電路的生產(chǎn)和銷售，著力解決新能源汽車行業(yè)零部件國產(chǎn)化供應(yīng)的問題。目前，公司主要的產(chǎn)品為旋變傳感器，是一種用于測量旋轉(zhuǎn)物體 (包括電機(jī))角速度和位置的傳感器。

通過旋變可以檢測到電機(jī)的數(shù)據(jù)，旋變傳感器的精度和準(zhǔn)確度，決定了電機(jī)是否能夠正常工作，是驅(qū)動電機(jī)的核心零部件。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于新能源主驅(qū)電機(jī)、傳統(tǒng)車智能駕駛單元（EPS、iboost等）、地鐵及高鐵永磁高速電機(jī)等領(lǐng)域，目前以新能源汽車為最主要的應(yīng)用領(lǐng)域。

【華中科技大學(xué)研發(fā)微型傳感器 可注入體內(nèi)并降解】

據(jù)華中科技大學(xué)6日消息，由該校集成電路學(xué)院、武漢光電國家研究中心教授臧劍鋒領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)，研發(fā)出可注射超凝膠超聲傳感器，這種用水凝膠材料制成、如一粒芝麻大小的傳感器注入體內(nèi)后，不僅可以自行降解，還能把精確生理參數(shù)“告訴”醫(yī)生。

臧劍鋒帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的可注射超凝膠超聲傳感器。(受訪者供圖)

生理參數(shù)是衡量人體生理狀態(tài)的指標(biāo)，可以幫助醫(yī)生進(jìn)行疾病診斷、治療和檢測。如何安全、穩(wěn)定獲取人體內(nèi)部精確的生理參數(shù)一直是醫(yī)學(xué)監(jiān)測領(lǐng)域的重點(diǎn)。

臧劍鋒介紹，目前，臨床獲取顱內(nèi)壓力、溫度等數(shù)據(jù)的主要途徑是將有線且不可降解的電子探針經(jīng)手術(shù)方式植入體內(nèi)，細(xì)長、堅(jiān)硬的探針往往需要深入體內(nèi)幾厘米到十幾厘米。這種探針無法自行降解，需再次手術(shù)取出，不但給患者帶來多次痛苦，還存在感染等并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)。

“我們發(fā)明的可注射超凝膠超聲傳感器大小只有2×2×2立方毫米，就像芝麻那么大。它體積微小到可被安全注射進(jìn)入人體內(nèi)部，通過外部超聲探頭就可以無線監(jiān)測顱內(nèi)壓力、溫度、pH等生理參數(shù)變化?！标皠︿h介紹說。

值得一提的是，這種傳感器所采用的均為生物可降解聚合物材料，約1個月后會在體內(nèi)自行降解，無需再次開刀取出。

據(jù)悉，與現(xiàn)有商業(yè)化有線監(jiān)測設(shè)備相比，可注射超凝膠超聲傳感器甚至能夠檢測到人體微小的生理波動，如呼吸運(yùn)動引起的細(xì)微顱壓變化等，并在能耗、無熱效應(yīng)等方面表現(xiàn)出優(yōu)勢。未來，這種傳感器還可應(yīng)用于人體其它部位，有望為臨床智能診療帶來全新的技術(shù)范式。

【索尼預(yù)測其圖像傳感器市場份額明年將突破 60%】

6 月 6 日消息，索尼在圖像傳感器領(lǐng)域的地位毋庸置疑，索尼影像傳感解決方案部門最近發(fā)布了一份報(bào)告，詳細(xì)闡述了索尼在該領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，以及其對未來智能手機(jī)攝像頭發(fā)展趨勢的看法。

首先來看索尼近年來在圖像傳感器市場取得的驕人成績。盡管市場充滿變數(shù)，但過去幾年索尼的市場份額卻始終保持增長。2022 年，索尼的圖像傳感器市場份額按營收計(jì)算為 49%，次年升至 53%，并預(yù)計(jì)今年將達(dá)到 58%，到 2025 年則有望突破 60%。

乍一看，11 個百分點(diǎn)的增幅似乎并不大，但需要注意的是，2023 年全球圖像傳感器市場價(jià)值超過 230 億美元。在如此龐大的市場中，即使份額僅僅增加 1%，也會帶來巨額的收入增長。

索尼的市場份額增長部分得益于其在圖像傳感器業(yè)務(wù)上的巨額資本支出。在 2012-2014 財(cái)年間，索尼斥資約 1400 億日元用于擴(kuò)大傳感器業(yè)務(wù)規(guī)模；隨后三年，這一數(shù)字增加到 3600 億日元，再之后又上升至 5800 億日元。最近三年，索尼的資本支出更是高達(dá) 9300 億日元。如此巨額的投入將在未來三年減少 30%。

巨額的資本支出也伴隨著研發(fā)費(fèi)用的增加，從 2012-2014 年的 2500 億日元增加到最近的 6400 億日元。然而，研發(fā)費(fèi)用占銷售額的比例一直保持在相對穩(wěn)定的水平，約為 15%。

索尼大量投資圖像傳感器業(yè)務(wù)的意愿，源于市場對配備更大更好傳感器的設(shè)備（包括智能手機(jī)）日益增長的需求。索尼指出，移動攝像頭畫質(zhì)主要取決于五個與圖像傳感器性能密切相關(guān)的特性：動態(tài)范圍、噪點(diǎn)控制、讀取速度、能效和分辨率。

對于靜態(tài)攝影，索尼認(rèn)為將更大尺寸的圖像傳感器與人工智能相結(jié)合可以發(fā)揮最佳性能。然而，圖像處理需要大量計(jì)算，這限制了其在視頻拍攝中的效果，因?yàn)橐曨l每秒至少需要處理 24 張圖像幀。

“我們相信每個特性都需要進(jìn)一步提升性能，并且科技進(jìn)步還有很大空間，”索尼表示，“由于需要實(shí)時處理，視頻畫質(zhì)更直接地取決于圖像傳感器的特性?！?/p>

正因如此，索尼的報(bào)告詳細(xì)闡述了更大圖像傳感器在靜態(tài)攝影和視頻拍攝方面的好處。報(bào)告顯示，近年來主攝像頭和輔助攝像頭（例如超廣角和長焦）的圖像傳感器尺寸一直在增加。更值得注意的是，索尼預(yù)測了到 2030 年圖像傳感器按尺寸劃分的市場需求，并預(yù)計(jì)到 2030 年，智能手機(jī)主攝像頭平均圖像傳感器尺寸將比 2019 年增加超過 200%。輔助攝像頭的傳感器尺寸增幅則會略微小一些，但預(yù)計(jì)仍將增長超過 150%。

【光學(xué)傳感器的工作原理】

光學(xué)傳感器是一種將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的設(shè)備，在自動化生產(chǎn)中起著至關(guān)重要的作用。憑借其優(yōu)異的性能和廣泛的適用性，洛易茲光學(xué)傳感器已成為該領(lǐng)域的專家，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于物流自動化、包裝行業(yè)、汽車行業(yè)、電子行業(yè)、鋰電池行業(yè)等領(lǐng)域。今天，我們來探討一下光學(xué)傳感器的原理。

光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)

光電開關(guān)是光學(xué)傳感器最基本的形式，主要由光源、光電探測器、開關(guān)電路等組成。當(dāng)物體阻擋光線時，光電探測器接收到的光信號減弱，從而觸發(fā)開關(guān)電路并輸出電信號。Leuze光學(xué)傳感器采用先進(jìn)的光電檢測技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)高精度的光信號檢測，從而保證開關(guān)的精度。

光特性及光源類型

光譜是指根據(jù)波長或頻率分布的光的特性。Leuze的光學(xué)傳感器位于可見光波長（390~780nm）和紅外波長（780nm~1mm）的光譜中，適用于不同的應(yīng)用場景。光源的主要類型有LED光源、紅外光源、激光光源等。

LED光源：光斑可見且發(fā)散，易于安裝和調(diào)整，是經(jīng)濟(jì)型光電子的常用光源。

紅外光源：主要是發(fā)散光源，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，但光源不可見，不方便調(diào)整。

激光光源：傳輸距離長，光斑小，光強(qiáng)高，抗干擾能力強(qiáng)，適用于檢測小物體。

光學(xué)傳感器分類和工作原理

光學(xué)傳感器的工作原理主要是通過光電效應(yīng)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。勞易測光學(xué)傳感器使用三種原理：鏡面反射、漫反射和對射測量。

鏡反射型光學(xué)傳感器

鏡反射型傳感器的發(fā)射器與接收器在同一裝置中，需要在對側(cè)安裝反光板，通過反光板將光信號返回。當(dāng)有物體遮擋反光板時，傳感器即會輸出響應(yīng)信號。

優(yōu)點(diǎn)

·減少安裝（1次接線，安裝，對準(zhǔn)）

·減少空間（有扁平的反射鏡）

·適于檢測反光物體或者透明物體

·相對于對射型傳感器，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益

劣勢

·相對于對射的檢測方式工作距離較短

·反射鏡反射距離遠(yuǎn)時，光斑不易找尋，較難安裝

對射型光學(xué)傳感器

對射檢測模式要求發(fā)射機(jī)安裝在接收機(jī)的對面，以確保接收機(jī)能夠接收到發(fā)射機(jī)發(fā)出的光。當(dāng)物體被光束阻擋時，傳感器會相應(yīng)地感應(yīng)并輸出信號。

優(yōu)點(diǎn)

·具備非常大的工作距離

·使用隙縫、小孔或激光光源可檢測較小物體

·穩(wěn)定檢測光亮表面的物體

劣勢

·相對高的成本 (由于發(fā)射器與接收器分開，需要更多材料和安裝時間)

·雙重工作量，需要進(jìn)行更多的安裝、對準(zhǔn)、接線

·不適合檢測透明物體

漫反射型光學(xué)傳感器

與鏡反射傳感器一樣，漫反射傳感器的發(fā)射器與接收器位于同一單元中。然而，漫反射傳感器不會漫反射來自鏡子的反射，而是漫反射物體表面的反射并檢測它們。這樣，只有極少量的光能被反射回傳感器。意味著它的工作距離更短。

優(yōu)點(diǎn)

·檢測簡單且經(jīng)濟(jì)·安裝方便（無需反射板或接收端）

·節(jié)省空間，適于安裝在狹窄的空間

劣勢

·檢測距離比鏡反射型和對射型傳感器短

·受檢測物的顏色和尺寸、表面材質(zhì)影響較大

審核編輯 黃宇