突破行業(yè)"不可能三角"，儲能等復(fù)雜工況批量交付, 悟通感控離電薄膜技術(shù)量產(chǎn)裝機(jī)落地
據(jù)報(bào)道，柔性觸覺感知科技公司“悟通感控”近日完成數(shù)千萬元系列融資：Pre-A輪由尚勢資本領(lǐng)投、水木創(chuàng)投跟投；Pre-A+輪由廣發(fā)基金瑞元資本領(lǐng)投。該公司天使輪于2023年底完成，由水木創(chuàng)投領(lǐng)投，全球健康產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心（GHIC）、北京市醫(yī)療機(jī)器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心（IMC）等機(jī)構(gòu)跟投。
在具身智能領(lǐng)域，機(jī)器人手部的柔性觸覺感知，是實(shí)現(xiàn)其與物理世界高效互動的關(guān)鍵之一。這不僅是為了模仿人類的靈巧操作，更影響著機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)性和智能化水平。
試想一下，如果機(jī)器人既能輕柔地拿起一枚生雞蛋而不捏碎，又能穩(wěn)穩(wěn)地抓起沉重的扳手進(jìn)行精細(xì)化維修，那就離不開高精度的“電子皮膚”——觸覺傳感器。在傳統(tǒng)技術(shù)路線下，傳感器性能存在一個(gè)“不可能三角”：感知微小變化的靈敏度、長期可靠工作的穩(wěn)定性、適應(yīng)不同力度的寬量程，三者間難以兼得。
但是，當(dāng)具身智能進(jìn)入商業(yè)化階段，機(jī)器人觸覺感知面臨的核心挑戰(zhàn)，已從實(shí)驗(yàn)室的“三角”參數(shù)平衡，延伸至裝機(jī)后的長期可靠性。悟通感控創(chuàng)始人兼CEO陳立洋表示：“客戶更關(guān)注裝機(jī)后能穩(wěn)定用多久，而不是紙面參數(shù)能有多高”。據(jù)其介紹，悟通感控研發(fā)的離電式薄膜觸覺傳感技術(shù)，目前已經(jīng)突破了這一行業(yè)困境，且產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)及落地應(yīng)用。
創(chuàng)始人陳立洋，為北京大學(xué)光華管理學(xué)院博士、工學(xué)院力學(xué)系碩士，北京科技大學(xué)（學(xué)士）智能車校隊(duì)成員，擁有產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈、力學(xué)、機(jī)器人等復(fù)合學(xué)科背景，及過往創(chuàng)業(yè)與上市經(jīng)歷。核心硬件團(tuán)隊(duì)來自于清華大學(xué)、北京科技大學(xué)、北京交通大學(xué)等國內(nèi)知名大學(xué)。2023年創(chuàng)立悟通感控后，又獲得來自中科院、北京化工大學(xué)兩個(gè)院士團(tuán)隊(duì)的青年材料科學(xué)家加入。
“智能觸覺”的難題與解法
在具身智能的熱潮下，讓機(jī)器人具備靈敏而穩(wěn)定的觸覺感知能力，顯得重要而迫切。但現(xiàn)實(shí)的骨感在于：實(shí)驗(yàn)室理想環(huán)境下的“高靈敏度”與“寬量程”，在真實(shí)應(yīng)用中，常因材料物理特性而大打折扣，導(dǎo)致信號“蠕變”（壓力讀數(shù)隨時(shí)間延長發(fā)生變化）和“漂移”（信號基線上漲或下滑）。同時(shí)，溫度、濕度、機(jī)械疲勞等環(huán)境因素會顯著加劇這些效應(yīng)，使傳感器讀數(shù)失真甚至失效，最終導(dǎo)致機(jī)器人動作失準(zhǔn)。
為了突破上述技術(shù)難點(diǎn)，悟通感控選擇了第四代離電式柔性傳感技術(shù)，其工作原理，可通俗理解為一種“離子放大鏡”。傳統(tǒng)電容傳感器依賴于測量兩片電極間的距離變化，而離電式傳感器則利用了離子導(dǎo)電材料與電極界面處形成的納米級“雙電層”。這層“離子水膜”的電容密度比同尺寸的傳統(tǒng)平行板電容器高出三個(gè)數(shù)量級。當(dāng)微小壓力施加時(shí)，“離子水膜”的電荷密度會劇烈改變，產(chǎn)生比傳統(tǒng)技術(shù)強(qiáng)千倍的電信號。
基于這一天然信號放大器，悟通感控向媒體介紹了其柔性觸覺傳感器的性能：“首先，利用離子水膜的超級放大能力，配合獨(dú)家材料配方，使傳感器既能感知一張紙的重量變化，又能承受高強(qiáng)度壓力，量程可達(dá)4兆帕，遠(yuǎn)超行業(yè)500千帕水平。量程與靈敏度得以兼顧，解決了‘機(jī)器人抓握微小力敏感度與大抓握力’的性能矛盾。
汽車碾壓測試
水滴測試
其次，馴服‘記性問題’：柔性材料如塑料薄膜，受力后易產(chǎn)生信號蠕變、漂移，穩(wěn)定性差。悟通發(fā)明‘分子錨定術(shù)’，通過物理結(jié)晶和化學(xué)交聯(lián)協(xié)同策略，在材料內(nèi)部織出高彈性漁網(wǎng)，將分子鏈牢牢鎖住。當(dāng)前業(yè)內(nèi)蠕變率通常在10%以上，我們的薄膜壓力傳感器長期靜態(tài)蠕變率縮減近10倍，性能大幅提高；萬次按壓后漂移僅3.34%，并通過模擬電路層自行抵消溫度干擾。
第三，突破量產(chǎn)瓶頸：我們已實(shí)現(xiàn)中試級別薄膜壓力傳感器的量產(chǎn)。微結(jié)構(gòu)對于離電式薄膜壓力傳感器靈敏度的二次提升具有重要的意義，傳統(tǒng)離電傳感器微結(jié)構(gòu)加工使用光刻技術(shù)，類似于傳統(tǒng)的微雕工藝，成本高昂，悟通自研了‘材料自組裝術(shù)’，讓材料像冰晶形成雪花般自發(fā)生成微結(jié)構(gòu)，省去刻蝕、模具倒模等復(fù)雜工藝環(huán)節(jié)，大幅降低了高性能薄膜壓力傳感器的生產(chǎn)成本。”
基于上述突破，悟通感控開發(fā)了一系列超薄柔韌的“電子皮膚”系列產(chǎn)品：高靈敏三維力傳感器、二維力傳感器及法向力陣列等。實(shí)際使用時(shí)，可像“創(chuàng)可貼”一樣貼合在機(jī)器人關(guān)節(jié)、指尖等部位，賦予機(jī)器人智能觸覺。
“我們認(rèn)為薄膜傳感器的優(yōu)勢還在于，它更接近皮膚真實(shí)狀態(tài)，一旦解決了蠕變、漂移等問題，在成本具有優(yōu)勢的情況下，電子皮膚大面積應(yīng)用，將極具商業(yè)價(jià)值。”陳立洋告訴記者。
跑通量產(chǎn)，落地多場景
通過自研的“促結(jié)晶法”和“離電式微相分離技術(shù)”，悟通感控不僅提升了產(chǎn)品性能，也實(shí)現(xiàn)了低成本的規(guī)模化生產(chǎn)。目前，公司已建立2000平米的研發(fā)與小試產(chǎn)線，并正在建設(shè)國內(nèi)首條離子型薄膜量產(chǎn)線。據(jù)介紹，其主要原材料已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，成本結(jié)構(gòu)方面有很強(qiáng)的優(yōu)勢。
在尋求技術(shù)落地的過程中，悟通感控選擇了“雙輪驅(qū)動”的策略：以醫(yī)療器械領(lǐng)域的長周期、穩(wěn)健收入為基礎(chǔ)，以新能源、機(jī)器人等工業(yè)領(lǐng)域的高增長爆發(fā)為突破。
醫(yī)療器械是悟通感控最早進(jìn)行商業(yè)化的領(lǐng)域，該傳感器主要用于開發(fā)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的壓力平衡測量儀。
在中國，每年有近百萬例膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，且以近30%的復(fù)合增長率快速增加。手術(shù)成功的關(guān)鍵之一在于精確的關(guān)節(jié)及軟組織平衡，但這在過去依賴醫(yī)生的主觀經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致術(shù)后疼痛、假體松動甚至二次翻修的風(fēng)險(xiǎn)較高。
悟通感控開發(fā)的數(shù)字化壓力墊片，利用大面積、高密度的柔性傳感陣列，可以定量測量并顯示關(guān)節(jié)間室的二維壓力分布圖譜，將醫(yī)生的“手感”轉(zhuǎn)化為客觀數(shù)據(jù)，從而支持醫(yī)生做出更精準(zhǔn)的軟組織松解方案。據(jù)陳立洋介紹：“商業(yè)進(jìn)展方面，悟通感控已和春立醫(yī)療等多家國內(nèi)骨科上市公司合作，為之提供核心部件、觸覺解決方案等。”
膝關(guān)節(jié)壓力墊片測試
在新能源領(lǐng)域，悟通感控選擇先在“鋰電儲能膨脹力檢測系統(tǒng)”方面，進(jìn)行落地應(yīng)用，包括熱失控預(yù)警、碰撞監(jiān)測功能等。傳統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)（BMS）主要監(jiān)測電壓、電流和溫度，但在電池發(fā)生熱失控的早期，這些信號的變化往往滯后。
“異常發(fā)生時(shí)，相比電、熱等信號，壓力信號在電池噴閥前最早出現(xiàn)顯著變化，可有效表征電池安全狀態(tài)的改變。電池正常充放電過程，壓力與電池狀態(tài)具有明確的映射關(guān)系，相比于電壓信號變化更為顯著，能夠更加精準(zhǔn)的感知電池健康狀態(tài)。”悟通感控技術(shù)人員解釋道。
悟通感控創(chuàng)新的BMS系統(tǒng)，通過在電池模組內(nèi)集成“一芯一管理”的柔性壓力傳感器，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測電池內(nèi)部的膨脹力學(xué)變化，構(gòu)建了“力-電-熱”多物理場融合的防護(hù)體系。
憑借在真實(shí)工況下解決蠕變、漂移、電磁干擾等關(guān)鍵問題的能力，該方案已獲得新能源領(lǐng)域頭部企業(yè)的認(rèn)可。“2024年，我們的觸覺傳感器技術(shù)通過國家重大專項(xiàng)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)規(guī)模化商業(yè)裝機(jī)應(yīng)用。悟通感控團(tuán)隊(duì)也獲得了北京理工大學(xué)深圳汽車研究院首席科學(xué)家姜久春教授等BMS領(lǐng)域知名科學(xué)家加盟。當(dāng)前，已與南方電網(wǎng)、國家能源集團(tuán)、中汽研等行業(yè)知名企業(yè)建立合作。”陳立洋介紹道。
力觸覺傳感器，作為具身智能時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)，正迎來廣闊的市場機(jī)遇。據(jù)QYResearch數(shù)據(jù)，全球柔性觸覺傳感器市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從2022年的約15.3億美元，增長到2029年的53.22億美元，復(fù)合年增長率達(dá)17.9%。其中，醫(yī)療和機(jī)器人領(lǐng)域是主要增長驅(qū)動力，悟通感控也將進(jìn)一步拓展當(dāng)前技術(shù)的應(yīng)用場景。
