本文來自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”,作者/莫婷婷。
具身智能指的是智能系統(tǒng)或機(jī)器通過感知和交互與環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)的能力,也是人工智能發(fā)展的分支。2024年被認(rèn)為是具身智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展元年,與此相關(guān)的產(chǎn)業(yè)正在逐漸發(fā)展起來,例如機(jī)器人。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,具身智能機(jī)器人是人工智能終極形態(tài)。具身智能機(jī)器人指的是機(jī)器人能像人一樣進(jìn)行環(huán)境交互感知、自主規(guī)劃、決策、行動(dòng)、執(zhí)行任務(wù)等。在真正完成具身智能升級(jí)之前,傳感器將在這個(gè)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
那么,具身智能對(duì)傳感器有怎么樣的需求呢?先從感知功能來看。
感知包括視覺聽覺味覺觸覺等,具身智能機(jī)器人在進(jìn)行不同的感知需要不同的傳感器,例如視覺感知需要CMOS,聽覺需要Mic振動(dòng)傳感器,痛覺需要力傳感器、溫度傳感器等,前庭覺需要IMU,本體覺需要超聲波距離傳感器,味覺、觸覺、嗅覺也需要能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的傳感器,例如觸覺陣列等。
只有一套完整的具身傳感系統(tǒng)才能讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)真正具身智能,通過感知的傳遞才能完成對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的指導(dǎo)。
天太機(jī)器人仿生機(jī)器人BU負(fù)責(zé)人劉瑗瑗認(rèn)為,傳感會(huì)引起運(yùn)動(dòng)控制的范式變化,這種變化包括來自視覺、運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃、五感對(duì)齊以及預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)控制下一幀等。例如在抓握某件物品的時(shí)候,會(huì)先利用傳感器判斷方位,再判斷物品的大小,調(diào)整伸手距離等,再通過力覺傳感器調(diào)整抓握力,進(jìn)而完成一系列動(dòng)作。
目前來看,在機(jī)器人的感知中,力控、柔性觸覺控制是核心需求。此前,特斯拉就在一段視頻中展示了特斯拉人形機(jī)器人Optimus Gen2抓取、傳遞雞蛋,要實(shí)現(xiàn)拿得穩(wěn)且不會(huì)捏碎雞蛋,就需要依靠觸覺系統(tǒng),特別是柔性觸覺傳感器。
柔性觸覺傳感器分為:壓阻式(電阻)、壓電式、電容式、光電式等,電容式占據(jù)約五成的市場(chǎng)份額。當(dāng)前柔性觸控控制最關(guān)鍵的是要解決壓感、滑動(dòng)感的問題,也就是解決不捏碎、拿得穩(wěn)的問題,接下來才是形狀、材質(zhì)、溫度等需求。
在2023年,帕西尼發(fā)布了人形機(jī)器人Tora,兩只手上搭載了超過100顆多維觸覺傳感器。官網(wǎng)顯示,多維觸覺傳感器PX-6AX的力控精度高達(dá)0.01N,也就是最小可測(cè)量0.01N的力,采樣頻率達(dá)1000HZ,能實(shí)現(xiàn)多軸輸出、多元部署,可測(cè)量壓覺、力覺、滑覺等15種物理量,能捕捉接觸面上亞毫米級(jí)別的微小變形。
圖:PX-6AX功能解析(帕西尼)
在力控方面,力傳感器是關(guān)鍵的元器件。按照測(cè)量維度,力覺傳感器可以分為一至六維力傳感器的不同,能夠同時(shí)測(cè)量中性坐標(biāo)系(OXYZ)內(nèi)的三個(gè)力(FX、FY、FZ)和三個(gè)力矩(MX、MY、MZ)。目前機(jī)器人力控解決方案以維度最高的六維力傳感器的應(yīng)用較多。根據(jù)傳感元件的不同,六維力傳感器又可以分為應(yīng)變片式、光學(xué)式以及壓電/電容式等。
宇力儀器在官網(wǎng)展示了能夠應(yīng)用于機(jī)器人&通用測(cè)試的六軸力傳感器M37XX系列。根據(jù)介紹,這是矩陣解耦型六軸力傳感器,直徑15至135mm,精度5至6400N,0.5至320Nm。在其他方面,M37XX系列非線性、遲滯小于0.5%F.S,串?dāng)_小于2%F.S。
在機(jī)器人的應(yīng)用中,除了精度,重量、價(jià)格都是考量力傳感器的關(guān)鍵要素之一。未來,隨著機(jī)器人要掌握更多的技能,不僅僅是力控、柔性觸覺控制,視覺等其他傳感器都需要隨之迭代,以滿足不同的應(yīng)用領(lǐng)域需求。