傳感新品

【清華大學：研發基于光纖傳感技術的多模態觸覺感知的仿生機械手】

隨著軟體機器人技術的發展，觸覺感知在人機安全交互、可穿戴設備和醫療器械領域發揮著重要作用。如何用簡單的系統集成更多的觸覺感知、獲取更多交互信息面臨著諸多挑戰。

該工作從嚙齒動物胡須和人類指尖的觸覺感知機制中汲取靈感，結合分布式光纖傳感技術，提出了一種具有仿生觸須和毛發狀結構的多模態觸覺感知軟機器手指（圖1），該軟體手指不僅能夠實現對物體觸碰狀態、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立通訊作者，清華大學博士生毛百進、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

軟機器人技術的快速發展凸顯了觸覺感知日益增長的重要性。目前，大多數用于軟體機械手的觸覺傳感技術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，現有的觸覺感知系統表現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，可實現復雜環境的導航；人類指尖皮層下含有各種感覺感受器和神經元，它們相互配合可以準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制中汲取靈感（如圖2），利用光纖傳感器的分布式傳感優勢模擬了觸覺感知神經系統，提出了一種具有仿生觸須和毛發狀結構的多模態觸覺感知軟機器手指，以實現對多種模態的觸覺感知。

02 文章概述

具有觸覺感知的軟體機械手，可以收集各種觸碰交互信息，這對人機交互、可穿戴設備和機器人的靈巧操作至關重要。然而，大多數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，現有的觸覺系統復雜度較高，導致其感知信號的穩定性較差。受多種生物體觸覺機制的啟發，課題組提出了一種多模態觸覺感知軟機器人手指。該手指基于改進的鰭射線結構，利用分布式光纖傳感系統作為其觸覺感知神經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計了長度約為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度，真實的還原了嚙齒類動物的主要觸覺感覺器官。該軟體機械手指尖在不同粗細的砂紙表面上滑動時，可以有效區分砂紙的不同目數及滑動方向，在神經網絡CNN模型下的識別精度可達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），通過建立卷積神經網絡模型，對指腹位置識別和剛度識別的準確度分別可達97.79%和98.38%（圖5）。不僅如此，該手指構成的二指平行軟體機械手對不同曲率半徑的橘子具有較高的識別能力（96%），有望在農業的無損采摘和分類中發揮重大作用。

傳感動態

【兵器工業第二一四研究所朱小燕：為蚌埠智能傳感器產業發展貢獻力量】

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業鏈產業集群，一群懷揣夢想、求真務實的科技工作者正奮戰在科研戰場，積極推動我市智能傳感器產業高質量發展。朱小燕就是其中的一位。

近日，中國兵器工業第二一四研究所里，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據。

傳感器是人工智能硬件設施里的“神經元”，也是物聯網最重要的“元器件”之一，是培育和發展新質生產力的重要基礎性器件。通過它，能讓人與物“對話”、物與物“互通”，實現“萬物互聯”。

工作中的朱小燕。

多年來，朱小燕一直工作在國產智能傳感器及集成電路研制第一線，與團隊一起不斷探索、精益求精，自主研發的產品多次打破了國外技術封鎖，參與研制的某低噪聲放大電路，填補了國內空白，目前已批量應用。

作為中國三大傳感器研發制造基地之一的蚌埠，是全省唯一、全國為數不多的同時擁有集成電路及MEMS晶圓生產線的城市。“蚌埠產業基礎好、起步早、發展快，我也趕上了好時代。”朱小燕告訴記者，2012年，她研究生畢業后，就進入中國兵器工業第二一四研究所從事半導體工藝及PCM測試技術研究。

為應對復雜嚴峻的國際形勢，2014年起，在中國兵器工業集團和蚌埠市政府的大力支持下，中國兵器工業第二一四研究所開始在蚌埠建設6英寸半導體集成電路工藝線。

朱小燕作為核心技術骨干，被任命為測試工藝班組長，負責PCM及在線測試設備的論證選型、安裝調試、驗收及使用維護，同時承擔測試程序開發、測試方法與規范建立、測試標準設定等各種工作。

“摸石頭過河，反復嘗試摸索。”朱小燕說，由于是首次建設6英寸工藝線，他們遇到了許多問題，也沒有經驗可借鑒。為加速6英寸半導體工藝線建設，降低運行成本，搶抓半導體產業發展的歷史機遇，她和團隊的同事們天天加班加點、查閱文獻資料、咨詢設備廠家、請教同行經驗、學習先進技術、探究測試原理。

通過堅持不懈的努力，她帶領班組按時完成近20臺測試設備的安裝調試與驗收，編寫形成各型號測試設備規程10份、各類電路PCM測試規范22份、在線工藝檢測規范3份……

功夫不負有心人，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英寸半導體集成電路工藝線的順利運行。

近年來，蚌埠緊抓機遇，加快培育和發展新質生產力，把智能傳感器產業集群作為全市重點打造的五大產業集群之一，依托中國兵器工業第二一四研究所等大院大所和龍頭企業，建成國家級微電子機械系統(MEMS)國家地方聯合工程實驗室和“安徽省智能傳感器創新中心”等，聚力打造中國傳感谷，推動要素集聚，加快平臺建設，著力構建產業鏈、形成產業集群、打造產業生態，在全國智能傳感器產業發展中走在前列。

在高端放大器電路領域，我國曾長期依賴進口，國內鮮有全自主研制。朱小燕和團隊成員一起，不畏艱難，勇挑重擔，承擔起兩款高性能放大器電路研制工作。

近年來，基于蚌埠6英寸半導體工藝線，朱小燕和團隊自主開發器件結構、工藝技術、測試方法，大膽假設，小心求證，不斷迭代試驗，經過三年技術攻關，突破了參數一致性差、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，電路性能指標達到國外對標產品水平。

在某圖像傳感器研制項目中，朱小燕通過千萬次的測試與調試，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，為器件優化設計和工藝改進提供重要數據來源。目前，該圖像傳感器及工藝技術，處于國際領先水平，打破了國外技術封鎖。同時，她參與研制的某低噪聲放大電路，填補了國內空白。

她還帶領班組簽訂“師帶徒”協議，把自己學到的先進技術毫無保留地分享給同事，和同事們共同提高、共同進步。

近年來，朱小燕參與國家級和省部級重點科研項目20余項，獲得專利授權4項，國防科學技術進步獎、蚌埠市“三八紅旗手”……一路披荊斬棘，成為技術尖兵，綻放光芒。

“科研就像跑馬拉松，大家一起堅定信心、一起跑，才能迎來最終勝利。”朱小燕說，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。

【紅杉資本等持續看好加碼，華旋傳感完成B+輪融資】

近日，常州華旋傳感技術有限公司（簡稱：華旋傳感）完成B+輪融資，老股東紅杉資本等持續看好加碼，同時引入新股東上海科創基金等機構。常州華旋今年已經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動平臺旋變量產項目審核，開始批量出口到北美、德國、韓國等地，是常州華旋國際化進程的重要里程碑。此次融資也是為了更好的拓展國際化業務，進一步擴大海外市場份額！

常州華旋傳感技術有限公司立足于行業科技創新，專注于旋變傳感器及其解碼電路的生產和銷售，著力解決新能源汽車行業零部件國產化供應的問題。目前，公司主要的產品為旋變傳感器，是一種用于測量旋轉物體 (包括電機)角速度和位置的傳感器。

通過旋變可以檢測到電機的數據，旋變傳感器的精度和準確度，決定了電機是否能夠正常工作，是驅動電機的核心零部件。產品廣泛應用于新能源主驅電機、傳統車智能駕駛單元（EPS、iboost等）、地鐵及高鐵永磁高速電機等領域，目前以新能源汽車為最主要的應用領域。

【華中科技大學研發微型傳感器 可注入體內并降解】

據華中科技大學6日消息，由該校集成電路學院、武漢光電國家研究中心教授臧劍鋒領銜的團隊，研發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后，不僅可以自行降解，還能把精確生理參數“告訴”醫生。

臧劍鋒帶領團隊研發的可注射超凝膠超聲傳感器。(受訪者供圖)

生理參數是衡量人體生理狀態的指標，可以幫助醫生進行疾病診斷、治療和檢測。如何安全、穩定獲取人體內部精確的生理參數一直是醫學監測領域的重點。

臧劍鋒介紹，目前，臨床獲取顱內壓力、溫度等數據的主要途徑是將有線且不可降解的電子探針經手術方式植入體內，細長、堅硬的探針往往需要深入體內幾厘米到十幾厘米。這種探針無法自行降解，需再次手術取出，不但給患者帶來多次痛苦，還存在感染等并發癥風險。

“我們發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入人體內部，通過外部超聲探頭就可以無線監測顱內壓力、溫度、pH等生理參數變化。”臧劍鋒介紹說。

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個月后會在體內自行降解，無需再次開刀取出。

據悉，與現有商業化有線監測設備相比，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，如呼吸運動引起的細微顱壓變化等，并在能耗、無熱效應等方面表現出優勢。未來，這種傳感器還可應用于人體其它部位，有望為臨床智能診療帶來全新的技術范式。

【索尼預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域的地位毋庸置疑，索尼影像傳感解決方案部門最近發布了一份報告，詳細闡述了索尼在該領域的領先地位，以及其對未來智能手機攝像頭發展趨勢的看法。

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，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算為 49%，次年升至 53%，并預計今年將達到 58%，到 2025 年則有望突破 60%。

乍一看，11 個百分點的增幅似乎并不大，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務上的巨額資本支出。在 2012-2014 財年間，索尼斥資約 1400 億日元用于擴大傳感器業務規模；隨后三年，這一數字增加到 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 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費用的增加，從 2012-2014 年的 2500 億日元增加到最近的 6400 億日元。然而，研發費用占銷售額的比例一直保持在相對穩定的水平，約為 15%。

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

對于靜態攝影，索尼認為將更大尺寸的圖像傳感器與人工智能相結合可以發揮最佳性能。然而，圖像處理需要大量計算，這限制了其在視頻拍攝中的效果，因為視頻每秒至少需要處理 24 張圖像幀。

“我們相信每個特性都需要進一步提升性能，并且科技進步還有很大空間，”索尼表示，“由于需要實時處理，視頻畫質更直接地取決于圖像傳感器的特性。”

正因如此，索尼的報告詳細闡述了更大圖像傳感器在靜態攝影和視頻拍攝方面的好處。報告顯示，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，索尼預測了到 2030 年圖像傳感器按尺寸劃分的市場需求，并預計到 2030 年，智能手機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，但預計仍將增長超過 150%。

【光學傳感器的工作原理】

光學傳感器是一種將光信號轉換為電信號的設備，在自動化生產中起著至關重要的作用。憑借其優異的性能和廣泛的適用性，洛易茲光學傳感器已成為該領域的專家，其產品廣泛應用于物流自動化、包裝行業、汽車行業、電子行業、鋰電池行業等領域。今天，我們來探討一下光學傳感器的原理。

光電開關的結構

光電開關是光學傳感器最基本的形式，主要由光源、光電探測器、開關電路等組成。當物體阻擋光線時，光電探測器接收到的光信號減弱，從而觸發開關電路并輸出電信號。Leuze光學傳感器采用先進的光電檢測技術，可實現高精度的光信號檢測，從而保證開關的精度。

光特性及光源類型

光譜是指根據波長或頻率分布的光的特性。Leuze的光學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：光斑可見且發散，易于安裝和調整，是經濟型光電子的常用光源。

紅外光源：主要是發散光源，具有很強的抗干擾能力，但光源不可見，不方便調整。

激光光源：傳輸距離長，光斑小，光強高，抗干擾能力強，適用于檢測小物體。

光學傳感器分類和工作原理

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

鏡反射型光學傳感器

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

優點

·減少安裝（1次接線，安裝，對準）

·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，具有更高的經濟效益

劣勢

·相對于對射的檢測方式工作距離較短

·反射鏡反射距離遠時，光斑不易找尋，較難安裝

對射型光學傳感器

對射檢測模式要求發射機安裝在接收機的對面，以確保接收機能夠接收到發射機發出的光。當物體被光束阻擋時，傳感器會相應地感應并輸出信號。

優點

·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

·穩定檢測光亮表面的物體

劣勢

·相對高的成本 (由于發射器與接收器分開，需要更多材料和安裝時間)

·雙重工作量，需要進行更多的安裝、對準、接線

·不適合檢測透明物體

漫反射型光學傳感器

與鏡反射傳感器一樣，漫反射傳感器的發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。

優點

·檢測簡單且經濟·安裝方便（無需反射板或接收端）

·節省空間，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、表面材質影響較大

審核編輯 黃宇