編輯按：當前，具身智能/人形機器人產業發展已成浪潮，作為其中的關鍵零部件，傳感器的應用和技術突破，已成國家及各地方發展具身智能/人形機器人產業的重點要求。

近日，我國權威電子媒體《中國電子報》，發布了中國傳感器產業知名專家郭源生教授撰寫的最新觀點文章——《如何做好人形機器人的“五官”與“皮膚”？丨具身智能機器人高質量發展》，文中全面介紹了人形機器人中使用的主要傳感器技術，以及相關傳感器技術面臨的發展困境和突破策略，對我國人形機器人傳感器產業發展具有參考意義。

專家檔案

郭源生 九三學社中央科技委副主任；中國傳感器與物聯網產業聯盟常務副理事長；北京理工大學前沿技術研究院首席專家、智能感知戰略委常務副主任；全國3D大賽組委會副主任。智慧醫療與大健康產業專委會主任。原工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師。武漢大學、華東理工、北京郵電等大學兼職教授。

當前，具身智能已成為全球技術競逐與產業布局的核心賽道，將以不同的形態、模式、功能應用于不同的行業、領域，并逐步融入大眾生活場景之中。

具身智能本質是仿生學理念主導下的技術實踐，而仿生技術的基礎需要有大量數據支撐，來實現多參數場景刻畫能力與多維度數據融合效能。人形機器人正是這一理念下的典型產品，也是AI技術承載與集成的平臺和載體。通過多技術融合與協同和類人化設計，賦予其與環境自主交互和執行的功效。

傳感器作為獲取環境數據信息的核心功能器件，其數據采集的量級、維度與類型，直接決定人形機器人智能化程度或性能的優劣。猶如機器的“五官”與“皮膚”，承擔對環境數據的多維度感知與多數據融合功能。

由此可見，搭載傳感器的產品技術類型和數量成為判斷與衡量機器人能效水平的標志之一。因此，未來人形機器人領域的競爭核心是感知技術（即傳感器技術）。

仿生技術傳感器種類繁多

人形機器人中，只有大量采用不同類型的傳感器技術，才能追求類人化的意識、行為、動作、功能和生物感知特征，同時具有人所不能及的獨特優勢和場景適應能力。

視覺傳感器

主要有激光、結構光、紅外、熱成像、可見光、立體等多種類型。

激光視覺傳感器測量范圍通常在幾十米到上百米，精度可達±0.01毫米，通過發射激光束并測量反射時間創建三維模型。

結構光視覺傳感器圖案投射精度能達±0.1毫米，通過投射特定光圖案分析變形獲取三維信息。

紅外視覺可以在低光照條件下工作，感受紅外光來獲取圖像；熱成像根據物體發出的熱輻射看到溫度分布，常用于工業故障檢測、醫療初步體溫檢測等。

可見光感知就像人眼一樣，獲取彩色圖像，廣泛應用于安防監控、物流分揀等場景。

立體視覺通過兩個或多個攝像頭模擬雙目視差，讓機器人可以感知物體的深度和距離，在機器人導航和抓取物體方面發揮重要作用。

在不同場景中的視覺傳感器有不同要求。自動駕駛場景需至少180°廣視野，動態目標檢測精度達厘米級；工業檢測場景對分辨率要求高，能檢測出微米級瑕疵。整體而言，機器人視覺在精確測距、長距離檢測及微小瑕疵檢測等方面遠超人類，某些能力可達人眼的數十倍。

聽覺傳感器

人形機器人中主要有以下幾種類型：首先是由多個麥克風組成陣列，可精準定位聲音來源，還可降低環境噪音干擾，用于智能語音交互、會議系統等場景。從敏感材料角度來看，硅基麥克風性能穩定，壓電陶瓷類具有靈敏度高，多用于各種智能終端設備；從換能原理看，常見的有動圈式和駐極體電容式；按指向性來分，有全向、單向、雙向等不同類型，能滿足不同場景下的聲音拾取需求。在定位精度方面，高端麥克風陣列能將聲音定位精度控制在±3°左右，而人耳在復雜環境中的定位精度大概在±10°~±15°。

其次是壓電傳感器，對聲音振動非常敏感，常被用于聲學檢測設備、超聲波等領域，其振動檢測分辨率可達納米級，能檢測到極其微小的聲音振動，相比之下，人耳對這種微小振動的分辨能力要弱很多。駐極體傳聲器具有體積小、成本低的優點，廣泛應用于手機、電腦、耳機等消費電子產品中，其靈敏度在40dB~60dB之間，能清晰捕捉到正常對話音量范圍的聲音。

嗅覺傳感器

金屬氧化物半導體型嗅覺傳感器對多種氣味較為敏感，能檢測出不同氣體成分。在工業環境監測、空氣質量檢測等場景應用廣泛，其成本相對較低，響應時間通常在幾十毫秒到幾秒，檢測精度一般在0.01~0.001不等。

而電化學型嗅覺傳感器檢測精度較高，可達到ppm級（百萬分之一濃度級別），常用于醫療領域檢測人體呼出氣體中的特定成分，輔助診斷疾病。環游半導體紅外氣體傳感器通過檢測氣體對紅外光的吸收來分析氣體成分，具有穩定性好、精度較高的優點，檢測精度同樣能達到ppm級，被廣泛應用于化工行業的氣體分析中。

熱釋電傳感器能感應氣體溫度變化，在一些需要實時監測氣體溫度的工業場景以及部分科研實驗中有應用，它的響應速度相對較快，通常在幾十毫秒內，但檢測精度相對沒那么高，在溫度檢測方面一般能精確到零點幾度。

味覺傳感器

常見的有電位型和電流型。電位型基于離子電位變化實現味道識別，成本較低，在食品粗篩領域應用廣泛，比如初步判斷食品的酸甜屬性。然而，其易受外界環境干擾，檢測精度約為10%，對味道成分解析能力有限，在不同濃度味道物質檢測中易產生較大偏差。

電流型檢測精度較高，可達5%左右，響應迅速，一般在幾十毫秒至數秒間，常用于食品精準調味過程控制以及水質特定味覺物質分析等對精度要求嚴苛的場景。

觸覺傳感器

觸覺感知場景復雜、功能繁多、技術要求高，所以其機理繁雜、種類繁多。基于材料特性分類：

一是柔性傳感器。它是以導電聚合物作為敏感材料，當受到壓力時，導電聚合物內部結構發生改變，進而導致電導率變化，具備良好柔韌性和較高靈敏度，檢測精度可達0.1N左右，響應時間在10~20毫秒之間。常用于可穿戴電子設備、機器人皮膚等場景，能精準感知輕微的觸摸和壓力等。

二是碳納米管柔性傳感器。它擁有出色的電學性能，在外力作用下，碳納米管的電阻會產生變化，通過測量電阻變化可獲取觸覺信息。該傳感器靈敏度極高，能夠檢測到極其微小的力，精度可達0.01N甚至更低。響應速度也很快，大約在5~10毫秒。由于制備成本高，用于高端科研設備、高精密機器人的觸覺感知等方面。

三是壓電柔性傳感器。它基于壓電材料，在受到外力時會產生電荷的壓電效應。響應速度極快，通常在微秒級，適合檢測高頻動態力，精度能達到0.5N左右。在醫療超聲探頭、智能假肢等領域應用廣泛。

四是離子凝膠柔性傳感器。它是以離子凝膠作為敏感材料，其內部離子在受到壓力時會發生遷移，從而引起電學性能改變，實現觸覺感知。具有良好的柔韌性和自修復能力，檢測精度在0.2N左右，響應時間在15~25毫秒。在可重構機器人、智能皮膚等前沿領域具有很大的應用潛力。

基于感知原理分類：

一是電容式柔性觸覺傳感器。它通過檢測電容變化來感知壓力或觸摸。結構簡單，成本相對較低，檢測精度大概在1~2N左右，響應時間在20~30毫秒。常用于消費電子產品的觸摸按鍵、智能家具的交互面板等場景。

二是電感式柔性觸覺傳感器。它利用電磁感應原理，當有物體靠近或施加壓力時，會改變傳感器內部的磁路，導致電感量發生變化。其具有較高的分辨率和精度，能夠檢測到微小位移的變化，精度可達微米級。但響應速度相對較慢，一般在幾十毫秒到幾百毫秒之間。在工業自動化的精密測量、機器人抓取操作等領域應用較多。

與人類觸覺相比，目前的柔性多點觸覺傳感器雖取得一定進展，但仍存在差距。人類皮膚能感知極其微小的力度變化，分辨率極高，且能在不同溫度和濕度條件下保持穩定的觸覺感知能力。未來，隨著材料科學、電子技術和人工智能的持續發展，有望逐步縮小差距，使人形機器人的觸覺更接近人類水平。

人形機器人傳感器“內”“外”兼修

人形機器人中傳感器涉及物理量、化學量、生物量三大敏感機理類型，以及聲、力、光、磁、氣、溫濕度等各種類別。從功能上看，主要可分為內傳感器和外傳感器。

內傳感器

它是機器人內部性能感知部件。

一是加速度傳感器。當機器人在直線軌道上加速或減速運動時，加速度計能夠精確測量各個方向上的加速度變化值，并同步反饋給控制系統，使機器人能夠全面掌握自身的速度變化情況。陀螺儀用于測量角速度和角度，當執行轉身、扭動、轉彎等動作時，精準捕捉角度變化，為控制系統提供精確的姿態信息，助力其運動過程始終保持姿態平衡和穩定。

二是關節位置傳感器。精確測量機器人各個關節的轉動角度大小值。如肩關節位置傳感器可實時、精準地向控制系統反饋彎曲或伸直的具體角度數值，從而實現對機械臂等部件運動的高精度控制。

三是力傳感器。通常安裝在關節和關鍵受力部件處。當執行抓取任務時，力傳感器能夠實時感知抓取作用力和反作用力的大小。基于這些數據，機器人可以根據抓取物體的重量、材質等特性，精確調整抓取力度。

四是電流傳感器。監測控制電路中的電流、電壓狀況。一旦出現如過載或者即將發生短路等異常情況，控制系統及時采取應對措施，保護電路免受損害。

五是溫濕度傳感器。監測內部關節等機械結構件、電機以及控制器電路板等關鍵部件的溫濕度狀況。長時間運行時，電路元件和機械部件在工作過程中會因摩擦產生熱量，若內部溫度過高或濕度過大，會引發性能退變，甚至故障。控制系統可依據數據信息和故障模型適時調整運行功率和狀態，或采取相應的散熱、除濕措施。

六是磁傳感器。根據磁場變化實現定位和導航功能。特別在特殊、復雜場景下，能夠精準識別自身方位，合理規劃運動路徑。

當機器人執行轉身等各種復雜動作時，需要加速度計、陀螺儀、位置、力、電流、溫濕度等多種內傳感器技術協同和數據深度融合。控制系統基于采集到的海量數據，運用精密復雜算法，實時下達運動指令，確保機器人動作自然、流暢、安全、精準，并可提供故障范圍量化數據發出警報，方便技術人員及時展開針對性的維護與調整，為長期穩定運行提供保障。

外傳感器

它是與外界交互的信息窗口。

如同人類“五官”和“皮膚”感知與交互外部世界信息。因此，配置多少數量和多少種類型的外傳感器決定機器人的技術水平、作業能力。

根據實際功能和不同應用場景，安裝不同數量的傳感器，安裝越多功能越強大，如視覺、聽覺、嗅覺、味覺傳感器一般安裝1~2只即可實現基本功能，而觸覺傳感器數量因功能而異，精細操作的機器人手指等部位可能分布數十，甚至上百個。

由此可見，外傳感器的類型和數量直接決定感知外部環境的能力，只有合理搭配不同類型和數量的外傳感器，機器人才能更好地適應各種應用場景，實現更強大、更智能的服務功能。

具身智能傳感器發展潛力不可估量

具身智能傳感器作為前沿科技領域的關鍵組成部分，正處于快速發展的關鍵階段。在技術不斷革新和應用場景日益豐富的背景下，其未來發展將在敏感機理與材料、復合和模塊化、產業化規模生產等多個維度展開技術創新和市場競爭。

一是敏感機理與材料創新。敏感機理的突破和新型材料的應用將讓具身智能傳感器技術與產品實現重大突破。前沿技術如量子傳感、太赫茲傳感等不斷涌現，柔性材料、納米材料和石墨烯等新型材料也展現出巨大潛力，為傳感器性能提升帶來新機遇。

二是復合型傳感器。多數據融合催生了復合型傳感器。這類傳感器能夠集成多參數檢測功能，如英國研發的電子皮膚，采用陣列式布局，可同時感受力、溫度等多種信息，通過融合多數據，使機器人對環境感知更全面。

三是模塊化設計推動智能化。模塊化設計讓產品更加智能化。在邊緣計算中，傳感器模塊可本地處理數據，篩選有效信息傳輸，減少延遲。這種設計便于安裝、調試與更換，能靈活組合模塊，滿足不同應用需求，推動機器人等設備智能化升級。

四是工藝優化與產業化降本。工藝優化與產業化是實現低成本的關鍵。只有降低傳感器成本，才能滿足大規模應用需求，促進產業良性發展。

五是安全與隱私保護。未來的傳感器技術將在設計階段就充分考慮安全與隱私問題，采用先進的數據加密、身份認證和訪問控制技術，確保數據在采集、傳輸和存儲過程中的安全性，防止數據泄露和濫用。

六是可靠性與穩定性。具身智能傳感器未來會更注重可靠性與穩定性。在復雜環境和長時間運行中，傳感器要保持精準的性能。研發人員會通過優化設計、選用高品質材料和嚴格的測試流程，提升傳感器的抗干擾能力和耐用性，保障其穩定可靠地工作。

具身智能傳感器站在科技發展的潮頭，在智能時代的大背景下，其重要性越發凸顯，發展潛力更是不可估量。

首先從市場角度來看，人形機器人每臺所需上千甚至上萬個傳感器，將催生出規模龐大的需求。隨著物聯網的深入普及，各類智能終端設備對其需求也將呈爆發式增長。

其次在技術創新層面，隨著材料科學、微納制造等領域的研究不斷取得突破，為敏感機理和新型傳感器在靈敏度、精度、響應速度和穩定性等指標提升上提供有效支撐。MEMS工藝的持續進步，會讓傳感器在尺寸更小的同時，實現更多功能和更高的集成度。

最后就行業自身發展而言，具身智能傳感器將成為推動傳感器智能化變革的核心力量，將助力傳感器產業的轉型升級，提高生產效率和產品質量，引發行業產生新的變革，引領行業整體進步和高質量發展。

根據產業實際現狀，結合未來發展預期，提出以下建議：

一是與人工智能協同。在研發設計環節，構建與人工智能算法的協同體系，借助人工智能強大的邏輯推理與數據處理能力，進行仿真設計和實際驗證，研發與場景更緊密的專業化、網絡化、模塊化和結構適應性強的智能傳感器產品，助力更精準、個性化的產品研發設計。

二是人才培養。教育機構應緊跟行業發展需求，優化專業設置和課程體系。在高校和職業院校開設具身智能傳感器相關專業，將傳感器技術、智能算法、電子電路等多學科知識有機融合，培養復合型專業人才。此外，鼓勵企業與高校、科研機構開展聯合培養項目，通過實習實訓、項目合作等方式，讓學生在實踐中提升解決實際問題的能力，為行業輸送既具備理論知識，又有實操經驗的高素質人才。

三是政策支持。出臺精準、持續的產業發展政策。在研發投入上，給予企業高額補貼和稅收減免，降低企業創新成本；設立專項科研基金，重點支持關鍵核心技術的攻關，鼓勵企業開展產學研合作，加速科研成果從實驗室到市場的轉化進程。同時，完善知識產權保護政策，加大對侵權行為的打擊力度，營造良好的創新環境。

四是市場準入。建立推動國產替代和市場準入機制，制定明確的準入標準和監管規則。促使企業不斷提升產品品質，推動行業健康有序發展。

五是標準制定。匯集征求企業、科研機構、行業協會等各方意見，加快制定具身智能傳感器行業統一標準，涵蓋技術規范、接口標準、數據格式、安全規范等多個方面，促進整個行業的規范化、標準化發展。