電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）人形機器人的感知系統(tǒng)，作為其與物理世界交互的關(guān)鍵窗口，極大程度上決定了機器人的智能化水平與應(yīng)用價值。借助多模態(tài)傳感器融合，人形機器人有望實現(xiàn)比肩甚至超越人類的感知能力。

?
在電子發(fā)燒友網(wǎng)《人形機器人的電機控制和傳感器》專題中，芯海科技模擬信號鏈產(chǎn)品線總經(jīng)理李曉在接受電子發(fā)燒友網(wǎng)采訪時指出，人形機器人的發(fā)展將如同汽車一般，成長為一個規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而催生出廣泛的芯片需求，涵蓋控制、傳感、驅(qū)動等多個領(lǐng)域。在感知層面，人類能夠全方位感知環(huán)境，未來人形機器人的感知能力將接近并超越人類。芯?？萍紤{借 20 多年對全信號鏈技術(shù)的深入鉆研，構(gòu)建了覆蓋環(huán)境、人機、生理、設(shè)備四大維度的智能化解決方案，助力新興的人形機器人打造具備領(lǐng)先性能的感知反饋系統(tǒng)。?

芯海科技信號鏈應(yīng)用全景圖，圖源：芯?？萍?/p>

構(gòu)建具備類人感知能力的靈巧手?

人形機器人的感知范疇極為廣泛，例如多模態(tài)感知融合，通過整合視覺、觸覺、嗅覺等多維度傳感器，構(gòu)建類人的感知體系；又如觸覺、嗅覺等類人感覺模擬，借助基于芯片的感知信號鏈，模擬人類神經(jīng)元的反應(yīng)。?

現(xiàn)階段，人形機器人迫切需要兩種關(guān)鍵感知能力：一是對環(huán)境的全方位感知，二是擁有一雙能夠靈敏感知的靈巧手。李曉透露，芯?？萍嫉膲毫τ|覺技術(shù)可模擬人類觸覺反饋，提升人形機器人“電子皮膚”的性能和交互自然性。目前，公司在壓阻式和電容式觸覺感知方面均擁有成熟的方案體系，并已廣泛應(yīng)用于各類人機交互場景，能夠迅速遷移至靈巧手的電子皮膚應(yīng)用中。?

從方案構(gòu)成來看，靈巧手電子皮膚主要依托柔性傳感器陣列實現(xiàn)。將壓阻式/電容式柔性傳感器陣列覆蓋于指尖、手掌等部位，融合壓力、溫度等多維度信息，塑造靈巧手對觸碰物體的 “握感” 與 “感受”。?

當(dāng)前，靈巧手電子皮膚的設(shè)計面臨諸多挑戰(zhàn)，其中結(jié)構(gòu)與功能的矛盾尤為突出，即在柔性與性能之間尋求平衡。具體而言，在柔性保護層中嵌入傳感器時，需兼顧靈敏度與耐用性；同時，多指多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳感器布線與信號同步困難。?

李曉強調(diào)，若要實現(xiàn)靈巧手的大規(guī)模落地，必須妥善解決上述挑戰(zhàn)，這需要芯片、材料、算法、方案等多領(lǐng)域廠商協(xié)同合作。據(jù)芯?？萍嫉膫鞲衅骱献骰锇榉答?，無論是基于壓阻式還是電容式實現(xiàn)，靈巧手對電子皮膚的核心需求始終是柔性化。從芯片角度而言，柔性方案要求在傳感器陣列中實現(xiàn)大量傳感器的協(xié)同工作。方案的靈敏度由陣列中的多個感知點設(shè)定，由于電子皮膚形狀不規(guī)則，這些感知點也呈不規(guī)則分布。然而，出于算法處理的需要，需將這些非規(guī)則的感知點盡可能歸納到規(guī)則的網(wǎng)格中。一方面，這種設(shè)計需要高精度的 ADC 芯片來提升信號采集質(zhì)量；另一方面，ADC 與傳感器需緊密配合，在保持高精度的同時確保高采樣速度，有時甚至需要調(diào)整 ADC 的產(chǎn)品架構(gòu)以更好地滿足這一需求。

如下圖所示，芯?？萍?CS12 系列高精度 ADC 擁有豐富的產(chǎn)品系列，憑借高精度、高輸入阻抗、低增益誤差漂移、低功耗等特性，是眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。以 CS1232 為例，其是一款高精度 24 位 Sigmal-Delta ADC，內(nèi)部集成低噪聲儀用放大器，集成 RC 振蕩器，最高有效精度(ENOB)可達(dá) 23.5 位，可廣泛應(yīng)用于高精度測量領(lǐng)域。芯?？萍荚谄?、工業(yè)、能源等領(lǐng)域積累了大量的高精度 ADC 應(yīng)用經(jīng)驗，可快速移植到人形機器人領(lǐng)域。

芯?？萍几呔?ADC 產(chǎn)品矩陣，圖源：芯?？萍?/p>

李曉指出，電子皮膚設(shè)計還有另一關(guān)鍵挑戰(zhàn) —— 低功耗設(shè)計。高密度傳感器陣列及信號處理模塊能耗較高，必須開發(fā)低功耗芯片，否則在以電池供電為主的應(yīng)用場景中難以普及，而人形機器人的廣泛應(yīng)用恰恰主要依賴電池供電。“芯海的信號鏈產(chǎn)品在保持高精度和高速的同時，在低功耗方面積累了豐富的技術(shù)儲備。例如，針對智能手機等產(chǎn)品市場，芯海很早就對 3D Touch 這種陣列式產(chǎn)品形態(tài)展開低功耗研究，并擁有多項專利技術(shù)?？梢哉f，低功耗是芯海信號鏈產(chǎn)品的顯著特點之一。”?

邊緣 AI 成為未來發(fā)展趨勢?

從整體感知系統(tǒng)來看，靈巧手作為人形機器人的末端感知系統(tǒng)，需實現(xiàn)實時感知、處理與反饋，將觸覺傳感器數(shù)據(jù)直接映射至驅(qū)動系統(tǒng)，達(dá)成抓握力的閉環(huán)控制。因此，李曉認(rèn)為，邊緣 AI 方案將成為靈巧手感知系統(tǒng)未來發(fā)展的主流方向，這就要求更智能的信號鏈方案與之適配。?

在實現(xiàn)類人控制時，人形機器人的許多感知控制并非以集成式實現(xiàn)，而是在邊緣以分布式方式完成。芯海的技術(shù)核心在于 “ADC + MCU” 模數(shù)混合技術(shù)及 AI 算法，通過 “感知、計算、控制、連接、電源管理” 全鏈路整合，提供芯片、算法、應(yīng)用方案及 AIoT 等一站式解決方案，助力目標(biāo)應(yīng)用構(gòu)建從數(shù)據(jù)采集到?jīng)Q策執(zhí)行的完整閉環(huán)，實現(xiàn)對物理世界的多維數(shù)字化映射。
?
李曉特別說明，芯海 “ADC + MCU” 方案中的 MCU 并非普通 MCU，而是定制了諸多數(shù)字電路，針對目標(biāo)場景進(jìn)行了專門的邏輯控制設(shè)計。這種設(shè)計在推動邊緣 AI 發(fā)展的同時，能夠保持行業(yè)領(lǐng)先的低功耗特性。?

“未來，人形機器人的感知能力必將超越人類，整個人形機器人的 AI 能力也將迎來質(zhì)的飛躍。但這種能力提升必須以低功耗為前提，使其擺脫線纜束縛。對于人形機器人或靈巧手應(yīng)用而言，需要構(gòu)建更多通道、更多維度且更低功耗的感知系統(tǒng)?！?李曉最后總結(jié)道。?