NE时代

近期，在赛感科技实验室进行的一次联合演示中，英飞凌与赛感科技拆解了两家公司共同开发的灵巧手触觉感知方案。

这套方案由两个核心部分组成，赛感科技提供离电型柔性压力传感器，英飞凌PSOC™ 4负责多通道电容信号采集与处理。传感器读取手指和掌心的压力变化，PSOC™ 4把电容变化送入控制系统，灵巧手再据此调整抓力。

纸杯和生鸡蛋所呈现的“分寸感”，则来自这条持续工作的触觉闭环。

01.

抓住物体之后，触觉开始工作

相机可以识别物体的位置、形状和外观，却无法直接获得手指与物体接触后的压力。

纸杯是否已经开始变形，鸡蛋承受了多大力量，物体有没有在指尖发生位移，都要在接触过程中判断。

在英飞凌与赛感科技的方案中，柔性触觉传感器被布置在手指和掌心。

手指碰到物体后，传感器内部的电容随压力变化，PSOC™ 4持续读取各个触点的信号，再把处理后的压力数据送入灵巧手控制系统。

控制系统根据实时压力和设定值调整手指力度。抓取纸杯时，手指在形成稳定接触后需要限制压力继续上升；拿取生鸡蛋时，抓力既要避免物体滑落，也不能超过蛋壳能够承受的范围。

视觉负责把灵巧手带到物体附近，触觉则开始处理接触之后的动作。机器人得到了一组包含接触位置、压力大小和变化过程的数据，可以根据物体状态继续修正动作。

整手触觉对信号采集提出了更高要求。

手指刚碰到物体时，压力很小，传感器产生的电容变化也很微弱。进入抓握阶段后，受力不断增加，信号又不能过早饱和。触觉点位铺到多根手指和掌心，采集系统还要分辨相邻触点，减少噪声、漂移和通道串扰。

这些问题首先落在传感器上。

压力能否转化为足够清晰、连续的电容变化，决定了后续系统能够获得怎样的触觉数据。

02.

离电型传感器扩大压力“窗口”

赛感科技为灵巧手提供的是离电型柔性压力传感器，它由两层柔性电极和中间的离电芯体组成，核心原理是纳米界面双电层。

传统柔性电容压力传感器通常依靠受压后电极间距和介电层状态的变化产生信号，随着压力增加，电极间距可以继续变化的空间逐渐缩小，介电材料的介电常数变化也比较有限，信号容易趋于饱和，线性度随之下降。

而基于纳米界面双电层原理的离电型压力传感器，通过对材料的底层设计，进一步解决了传感器量程、灵敏度、线性度三者不可兼得的问题。

离电芯体中包含可以移动的离子，离子导体与电子导体接触后，异种电荷相互吸引，在离子和电子界面附近形成双电层。

两类电荷之间的距离处于纳米尺度，界面能够形成较高的单位面积电容。根据赛感科技公布的数据，纳米界面双电层的单位面积电容比常规薄膜电容高4至6个数量级。

较大的单位面积电容，为传感器留下了更宽的信号变化空间，轻微触碰产生的压力可以被识别，压力继续增加后，传感器仍能记录连续变化。

外力施加到传感器表面时，中间的离电芯体受到压缩，电极与离电材料之间的有效接触面积随之扩大。参与工作的界面面积越大，等效电路中形成的并联电容越多，整体电容也会相应增加。

这个过程中，电极间距和材料介电常数的变化较小，输出信号主要由有效接触面积决定。

赛感科技通过离电芯体的微结构设计，调节压力增加时接触面积的变化，使压力与电容信号在设计量程内保持较为连续的对应关系。这套结构的主要特点就是高灵敏度、宽量程和较好的线性输出。

灵巧手刚接触物体时，需要从微弱信号中确认接触位置，进入抓握阶段后，系统还要持续读取压力变化，判断当前力度是否合适，而离电型传感器需要同时覆盖这两种状态。

另外，柔性结构也方便传感器适应不同安装位置。

指尖、手指关节和掌心的面积、曲率及接触方式不同，赛感科技分别设计了尺寸和点位密度不同的触觉模组，使传感器贴合灵巧手表面。

03.

六颗PSOC™ 4把触觉铺到整只手

传感器产生电容变化后，采集芯片要从大量触觉点位中读取信号。

PSOC™ 4集成了微控制器、模拟及数字模块和电容感知能力。在这套方案中，它负责多通道电容信号的采集与处理。

PSOC™ 4搭载英飞凌第五代CAPSENSE™技术。英飞凌称，其针对柔性触觉传感器的信号特点进行了底层优化，使芯片能够读取轻触产生的微弱电容变化，也能支持高密度触觉阵列的多点扫描。

轻微触碰产生的信号容易受到电源波动、温度变化和线路干扰。PSOC™ 4采用差分比率采集架构，并配合多层硬件降噪，削弱这些因素引起的信号漂移，同时保留传感器受力后的原始变化。

英飞凌把这套采集方案的能力归纳为较高的信噪比、灵敏度和线性度，以及多通道抗串扰和高速同步采集。手指只有轻微接触时，芯片也要从噪声中识别细小的电容变化。

高密度阵列还要处理相邻通道之间的干扰。多个触点距离很近，一个区域受力后，采集系统需要判断信号来自哪个点位。多个通道同时工作时，各路信号也不能相互覆盖。

联合展示的16×16高密度电子皮肤采用PSOC™ 4100T Plus，共设置256个检测点位。团队称，256个点位可以同步检测，演示界面没有出现明显延迟，密集排列的相邻点位也能分别采集。

PSOC™ 4100T Plus采用Arm Cortex-M0+内核，集成第五代CAPSENSE™和Multi-Sense技术。英飞凌公布的产品规格包括32路自电容或256路互电容输入，可以连接不同形式的电容触觉阵列。

芯片还配合自动校准算法和开发工具，触觉阵列安装完成后，开发人员可以利用这些工具处理不同点位的初始差异，减少阵列调试和量产配置的工作量。

此外，英飞凌还提供PSOC™ 4000T和PSOC™ 4100S Max。

三款产品在通道数量、存储容量、封装和功耗上有所区别，可以分别用于小型单点模块、指尖传感器、掌心阵列及大面积电子皮肤。

在灵巧手实机上，中间三指采用企业所称的“4+4触觉模组”，拇指和小指采用“4+1触觉模组”，掌心布置30个点位的触觉模组。

每个触觉模组上配置一颗PSOC™ 4，所以整只手共使用6颗英飞凌的PSOC™ 4的芯片。

指尖、手指和掌心的压力数据汇入上位机和灵巧手控制系统，控制系统根据当前受力调整输出。

联合演示使用了尺寸和软硬程度不同的物体，灵巧手在这些物体之间切换时，传感器持续读取接触压力，控制系统随之改变抓力。

配套上位机由四个主要区域组成。

左侧是64点触觉压力热力图，颜色随着不同位置的压力变化；中间上方显示灵巧手当前的抓取状态；中间下方提供动作命令，并显示各指压力数据和预设阈值；右侧记录不同通道的实时压力曲线。

轻轻触摸传感器时，压力曲线会出现明显变化，用于观察触觉系统对微小受力的识别能力。继续增加按压力度，信号仍保持连续，可以看到传感器覆盖更大压力变化时的输出。

快速连续按压时，传感器能够跟随动作变化。释放压力后，信号回到初始基线，减少残留信号对下一次接触判断的影响。

多个触点同时按压时，上位机可以分别显示各通道的压力数值和变化曲线。这部分演示集中呈现了多点同步采集和通道抗串扰能力。

04.

触觉，只是英飞凌机器人布局的一环

英飞凌将与赛感科技合作的触觉方案列为其全球合作伙伴计划的一项代表性成果。

两家公司的分工落在触觉系统的不同位置，赛感科技提供离电型柔性压力传感器，英飞凌提供PSOC™ 4电容采集与处理能力，双方还将继续推进方案的商业化。

在英飞凌的人形机器人应用方案中，触觉属于感知部分，其产品组合还覆盖计算与控制、电机驱动、电池管理、充电、连接、存储和安全。

感知产品包括XENSIV雷达、磁性传感器、压力及电流传感器、MEMS麦克风和REAL3三维飞行时间传感器。机器人可以利用这些器件获取距离、位置、声音、接触和运行状态。

控制与驱动产品包括PSOC™ Control C3、XMC和AURIX微控制器，也涉及MOTIX电机控制芯片、EiceDRIVER栅极驱动器、OptiMOS功率器件和CoolGaN氮化镓器件。相关产品可以用于灵巧手、机械臂、机器人关节和移动底盘。

灵巧手内部空间有限，自由度不同，电子架构也会变化。英飞凌将其分为集中式、半集成式和分布式三类。

低自由度夹爪可以由掌心内的中央控制器统一管理；中等自由度方案可以由多颗微控制器分别驱动数台电机；更高自由度的方案，则把驱动与控制电路进一步布置到手指关节或电机附近。

2026年8月19日至23日，英飞凌将在北京亦创国际会展中心参加世界机器人大会，展位位于B馆B118。

本次展会，英飞凌计划展示的重点产品包括家用机器人评估开发平台、360°环境感知机器人头和电子皮肤触觉感知，另外氮化镓电机驱动、机器人手臂与灵巧手以及英飞凌移动机器人也将同时展出。

这组展品覆盖机器人观察环境、感知接触和驱动关节的主要过程，与赛感科技合作的电子皮肤及灵巧手方案，将作为其中的触觉部分亮相。

05.

写在最后

灵巧手触觉正在从单个传感器走向整手集成。

材料决定压力信号的质量，采集芯片影响触觉点位的数量和稳定性，控制系统再把这些数据用于手指动作。

当触觉点位铺满手指和掌心，评价一套方案的标准也会发生变化。

灵敏度和量程仍然重要，多通道采集、抗干扰、调试工具及整手适配会直接影响触觉系统能否装进机器人。

英飞凌与赛感科技的合作，把这几项能力放进了同一只灵巧手。