这项基于石墨烯和液态金属复合材料的新技术，使机器人不仅能够检测其施加在物体上的压力大小，还能感知作用力的方向、物体是否滑动，甚至表面粗糙度。更重要的是，所有这些都可以在足以媲美人类指尖空间分辨率的微小尺度上实现。
柔性触觉传感器对于从先进假肢、可穿戴触觉设备到拥有高度灵巧双手的机器人等各种应用都至关重要。人类手指利用不同类型的机械感受器同时感知压力、剪切力、振动和纹理。在人工系统中复制这种多维触觉感知一直是一个巨大的挑战，尤其是在那些需要小型化和坚固耐用才能实际应用的设备中。

克服现有触觉传感器的局限性
：“许多现有的多维触觉传感器体积过大、过于脆弱或制造工艺复杂，或者无法精确区分法向力和切向力，”剑桥石墨烯中心教授、该研究的第一作者陶菲克·哈桑解释道，“这一直是实现真正精确的机器人操作的主要障碍。”
为了克服这些局限性，研究团队开发了一种新型的各向异性多孔弹性体，并将其与石墨烯协同作用。

一种受人体皮肤启发而研制的石墨烯-液态金属复合材料。
这种柔软且具有弹性的复合材料结合了石墨烯片、可变形的液态金属微滴以及嵌入多孔硅基质中的磁性取向镍颗粒。
每个组分都发挥着关键作用：
石墨烯构建了柔性导电通路；
液态金属作为可变形的导电节点；
在磁场作用下取向的镍颗粒赋予材料方向敏感性。
多孔结构进一步增强了材料的灵敏度，使其能够在极小的力作用下轻松变形。
研究人员从人体皮肤的微观结构中汲取灵感，将这种材料塑造成微型金字塔，有些尺寸仅为200微米。这些金字塔将应力集中在其尖端，使传感器能够在保持宽广且高度线性测量范围的同时，检测到极小的力。

高灵敏度和真正的三维力检测。
该触觉传感器能够重建完整的三维力矢量，从而实现卓越的多维触觉感知性能：
灵敏度高达 110 kPa⁻¹，
线性范围达 500 kPa，
力方向误差小于 2 度，
检测极限小于 1 微牛顿——足以检测一粒沙子。
与现有的柔性三维力传感器相比，该新型器件的尺寸和检测极限均提升了约一个数量级。
更重要的是，该传感器能够区分剪切力和法向力，从而检测物体何时开始滑动。通过测量位于每个金字塔下方四个电极的信号，该系统可以实时地通过数学方法重建完整的三维力矢量。

从精细抓取到微型机器人和假肢：
在实际演示中，该团队将传感器集成到机器人抓取器中。这些机器人能够抓取易碎物体，例如极细的纸管，而不会将其压碎。与需要预先了解物体信息的传统传感器不同，这套新系统能够通过检测滑动来实时调整抓取方式。
在更小的尺度上，微型传感器阵列能够通过分析三维力分布来识别微小金属球的质量、几何形状和材料密度。

这为以下领域的应用打开了大门：
微操作、
微创手术
、微型机器人，
在这些领域，传统的力传感器体积太大。

对未来机器人和假肢的影响：
随着机器人技术在工业和社会领域的不断扩展，其潜在影响巨大。据国际机器人联合会统计，全球工业机器人市场价值约125亿英镑，而2026年的关键趋势之一是越来越多地使用机器人来解决劳动力短缺问题。
触觉传感器的进步，例如本文所述的技术，将使机器人能够在现实世界环境中更安全、更智能地与物体互动。
除了机器人领域，这项技术还有望革新先进假肢领域。现代人造肢体越来越依赖触觉反馈来为用户提供触觉。微型化、高灵敏度的3D传感器能够实现更自然的物体交互，从而提高控制力、安全性和用户信心。

“我们的研究表明，无需笨重的机械结构和复杂的光学系统即可实现高分辨率的3D触觉传感，”该研究的第一作者郭林云博士解释道。“通过将智能材料与仿生皮肤结构相结合，我们实现了与人类触觉极为接近的性能。”
展望未来，研究人员认为这些传感器可以进一步小型化，甚至可能达到50微米以下，接近人类皮肤的机械感受器密度。未来的版本还可以集成温度和湿度传感功能，朝着完全多模态的人工皮肤迈进。
随着机器人从受控的工业环境走向家庭、医院和各种不可预测的环境，触觉技术的进步可能会带来变革，使机器不仅能够“看”和“行动”，还能“感受”。

参考：

（开放获取） https://www.nature.com/articles/s41563-026-02508-7

https://ifr.org/ifr-press-releases/news/top-5-global-robotics-trends-2026

资料来源：剑桥大学