怎樣才能讓一個(gè)機(jī)器人更像人類？或許你會(huì)回答，是能夠感知這個(gè)世界，能夠看、能夠聽、能夠說……。但我們都忽略了“感知”的字面含義，它應(yīng)當(dāng)是包含觸覺的。人類的感官如同機(jī)器人的傳感器一般，只有視覺、聽覺，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

“如果把人類物理感官接收到的信號(hào)設(shè)為100％，其中集中于眼球的視覺大概占據(jù)著70％、集中于耳朵的聽覺僅占據(jù)著不到5％、而觸覺信號(hào)由于遍布全身實(shí)際上會(huì)占到總信息量的20－25％”，“由于視覺的重要性和技術(shù)的成熟度，今天我們看到人工智能基本都是基于視覺的研究及應(yīng)用，同時(shí)，聽覺作為重要的補(bǔ)充手段，而觸覺技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后前者”。加州大學(xué)戴維斯分校生物醫(yī)學(xué)工程系的潘挺睿教授相信，雖然目前觸覺傳感技術(shù)尚未完全達(dá)到全面工業(yè)化應(yīng)用的階段，但是“挑戰(zhàn)即是機(jī)遇，未來觸覺傳感器給予的信息和人類需要用到的觸覺信息，將會(huì)很快超越一個(gè)技術(shù)臨界值，屆時(shí)，觸覺可能會(huì)成為人類基于視覺之后的下一個(gè)智能研究重點(diǎn)。”這或許也是鈦深科技誕生的緣由之一。

首創(chuàng)離電式傳感技術(shù)的研究型團(tuán)隊(duì)

潘挺睿教授娓娓道來的離電式傳感技術(shù)的發(fā)明，更像是進(jìn)行了一場(chǎng)科學(xué)的邂逅，能夠獲得成功得益于潘教授本身的學(xué)歷背景：他曾經(jīng)在加州大學(xué)攻讀機(jī)械學(xué)專業(yè)，之后在明尼蘇達(dá)大學(xué)分別獲得電子工程博士與生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)碩士學(xué)位。交叉學(xué)科的背景，在這場(chǎng)發(fā)明柔性離電式傳感技術(shù)的冒險(xiǎn)中給予了他諸多助益。

潘教授指出，早在2010年他們就進(jìn)行了離電式傳感技術(shù)的發(fā)明。彼時(shí)，潘教授已在美國加州戴維斯分校生物醫(yī)學(xué)工程系工作長(zhǎng)達(dá)4年之久。在研究荷葉效應(yīng)時(shí)，他突然獲得了靈感：為何不從微風(fēng)拂來時(shí)荷葉上水滴的震動(dòng)中去研究力的反饋呢？從水滴的顫抖到力反饋再到具備高度靈敏性的傳感器，其中經(jīng)歷的過程并非想象的那么簡(jiǎn)單。

常見的傳感器，中間存在彈性元器件，當(dāng)進(jìn)行擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生形變，通過電磁光熱效應(yīng)可以將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，借此將力信號(hào)與電信號(hào)結(jié)合，獲得直觀的解讀。鈦深科技的獨(dú)特之處在于全球首次采用液體作為彈性體，形成了柔性的離電式觸覺傳感器。中間也涉及到分子界面的雙電層電容原理，即液體中離子與固體中的電子相遇，會(huì)產(chǎn)生巨大作用力，產(chǎn)生非常強(qiáng)的電容信號(hào)。潘教授自豪地表示，“我們驚訝的發(fā)現(xiàn)，這將傳統(tǒng)電容傳感器件的靈敏度一下提高了一萬倍”。

或許是基于潘教授在離電式傳感技術(shù)上的研究貢獻(xiàn)，2015年，他成為了所在系最為年輕的終身正教授，同時(shí)，他和團(tuán)隊(duì)獲得了全球首個(gè)基于離電傳感技術(shù)的專利授權(quán)。而后的多年中，他領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)一直努力探索著離電式傳感技術(shù)的應(yīng)用，從材料、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到加工工藝的各個(gè)角度層面進(jìn)行著深入的研究與分析，并最終研制成功了基于全固態(tài)材料的柔性離電式觸覺傳感器。經(jīng)過不懈的努力，國際主流學(xué)術(shù)界在2018年達(dá)成共識(shí)，將離電傳感列為新一代（第四代）柔性力和觸覺傳感機(jī)制。

實(shí)際上，看到巨大潛力的潘教授，并不甘于讓技術(shù)僅僅停留在研究層面。在2015年，潘教授便在美國舊金山大灣區(qū)成立了鈦深科技。但是由于團(tuán)隊(duì)更注重研究，產(chǎn)業(yè)化落地不夠理想。2018年，潘教授在昔日同窗搜狗CEO王小川的幫助下，重新與自己另一位同窗、身為職業(yè)經(jīng)理人的汪曉陽博士建立聯(lián)系，并與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院達(dá)成合作，最終在國內(nèi)成立了鈦深科技（深圳）有限公司。如今，鈦深科技將深圳作為總部，在北京、成都設(shè)立辦事處，將美國的鈦深科技作為研發(fā)中心，三者協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。

離電式觸覺傳感器：靈敏、輕薄、無感

鈦深科技的柔性離電式觸覺傳感技術(shù)，想象空間顯然不止于醫(yī)療領(lǐng)域，還涉及消費(fèi)電子、機(jī)器人及智能汽車等。要真正理解離電式觸覺傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用場(chǎng)景，我們還是得回到技術(shù)特點(diǎn)上去。
潘教授基于對(duì)以往的傳感器研究指出，一代電阻式傳感器靈敏度低但是成本也低，僅幾毛錢；二代電容式傳感器，靈敏度高的同時(shí)，解決了動(dòng)態(tài)響應(yīng)的問題；三代壓電式傳感器需要采用特殊材料，形變可以產(chǎn)生電壓，給予電壓也可以產(chǎn)生形變，相比前兩者有著更高的靈敏度。但存在的問題是“當(dāng)你用手抓杯子，它可以測(cè)到抓握瞬間的壓力，卻無法確認(rèn)你是持續(xù)拿著杯子還是把杯子放了下來。”由于只能檢測(cè)相對(duì)變化，在使用場(chǎng)景上會(huì)大幅受限。而且有著較高的生產(chǎn)成本。

潘教授首創(chuàng)的離電式傳感技術(shù)，實(shí)際上也歷經(jīng)了多次迭代。最初，他們采用了采用液體式傳感器，“雖然好玩好看但是不適用。而且加工比較麻煩，每一個(gè)液體傳感器中還要加入液滴。還需要解決受力限制、體積大小、液體揮發(fā)等技術(shù)性問題�！彪S后，逐漸從開發(fā)液體傳感材料轉(zhuǎn)變到全面固態(tài)材料的傳感器�？紤]到測(cè)量中可能需要分布式接觸面的測(cè)量，他們隨后也將傳感器從單點(diǎn)式擴(kuò)展成了陣列式。
相較于前三代觸覺傳感技術(shù)，鈦深科技的離電式觸覺傳感器的優(yōu)勢(shì)是相當(dāng)明顯的。

第一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于其離電材料的高透明度，它使得設(shè)備模組可以覆蓋在很多物體表面，保持以前材料性能以及視覺上的協(xié)同；第二個(gè)優(yōu)勢(shì)在于傳感器中接觸界面和功能層，僅需1－2納米的厚度，材料可以設(shè)計(jì)得相當(dāng)輕薄，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的材料覆蓋，制造成本會(huì)急劇下降。離電式觸覺傳感還擁有超高的器件靈敏度，而相較于同樣高靈敏的壓電式傳感器，其獨(dú)有的自濾波特性，又使其具備相當(dāng)強(qiáng)的抵抗環(huán)境噪音的能力和絕對(duì)壓力檢測(cè)的功能。可實(shí)時(shí)感知受力狀況的離電式傳感器，允許接入到更多的使用場(chǎng)景中。

模組獲FDA認(rèn)證，發(fā)力人體數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

潘教授認(rèn)為離電式觸覺傳感器將會(huì)基于以下三個(gè)方向進(jìn)行布局和發(fā)展：1． 實(shí)現(xiàn)電子皮膚和數(shù)字化的觸覺感知；2． 實(shí)現(xiàn)對(duì)人體內(nèi)部生理信號(hào)的數(shù)字感知；3． 賦予傳統(tǒng)物體新的觸覺感知功能。鈦深科技也在這些方向上，進(jìn)行了深入的研發(fā)與嘗試。

潘教授指出，數(shù)字感知和觸覺感知主要涉及對(duì)身體內(nèi)外的壓力，血壓、眼壓以及脈搏搏動(dòng)等生理數(shù)據(jù)的感知。比如，在腸胃不順的時(shí)候，數(shù)字感知觀察胃腸蠕動(dòng)效果。在以往這是無法進(jìn)行測(cè)量的，但鈦深科技通過運(yùn)用離電式傳感技術(shù)，跟國際領(lǐng)先的膠囊機(jī)器人廠商合作，正打造新一代的膠囊機(jī)器人，監(jiān)測(cè)胃腸蠕動(dòng)；在心血管手術(shù)領(lǐng)域中，大部分手術(shù)需要進(jìn)行插管，但只能憑借醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，可能帶來一定的損害。如果擁有觸覺反饋具備數(shù)字化的觸覺感知能力，就可以減少損害的發(fā)生；再比如將其運(yùn)用于女性分娩產(chǎn)后的康復(fù)監(jiān)測(cè)等等。

針對(duì)神經(jīng)退行性疾病如帕金森病，以及心血管疾病患者，鈦深科技可以提供一系列生理數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。與以往通過PPG模組監(jiān)測(cè)的傳感器對(duì)比，鈦深科技的離電式傳感觸覺傳感技術(shù)有著更好的精準(zhǔn)度，且采用該技術(shù)的可穿戴產(chǎn)品在佩戴時(shí)往往無感。鈦深科技在CES展上推出的智能鞋，是全球首款可以測(cè)心率、呼吸、血壓變化及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的產(chǎn)品。鞋內(nèi)的觸覺反饋模組已獲得FDA認(rèn)證。因?yàn)橥壬舷嚓P(guān)筋絡(luò)控制了腳步的動(dòng)作，通過陣列式傳感器甚至可以十分精準(zhǔn)地獲得步行的姿勢(shì)、狀態(tài)。脈搏方面，鈦深科技也做了很多，可以很好地監(jiān)測(cè)脈搏波。血壓方面，以往通過阻斷方式進(jìn)行測(cè)量，但鈦深科技允許在施加低壓的方式下對(duì)人體血壓進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

汪曉陽引用華米科技CEO的話強(qiáng)調(diào)，“如果真正對(duì)大健康認(rèn)真的話，一定會(huì)從傳感器做起”�！澳壳扳伾羁萍紲y(cè)量到的數(shù)據(jù)有著更高的精準(zhǔn)度。有人可能會(huì)認(rèn)為是多余。但是你并不清楚高精度的數(shù)據(jù)中哪一項(xiàng)是否就跟疾病有關(guān)�！扁伾羁萍紕t通過它小型化、無感化、精準(zhǔn)化的傳感器模組不斷收集著這些數(shù)據(jù)。

賦予傳統(tǒng)物體新的觸覺感知功能，可以以殘疾人康復(fù)為例。比如部分盲人在學(xué)習(xí)盲文的過程中，可以直接通過觸覺反饋，將觸碰到的文字讀給他聽。更為重要的是，將周圍環(huán)境變成一個(gè)可以提供觸覺反饋的環(huán)境，讓部分感官受損的人獲得便利。實(shí)際上，在假肢方面鈦深科技也進(jìn)行了一些嘗試，但是目前如何去解決電信號(hào)與神經(jīng)信號(hào)的聯(lián)接，仍舊是需要長(zhǎng)期探索的問題。

此外，在情緒感知方面，潘教授表示可以通過采用了離電式傳感技術(shù)的智能眼鏡判斷用戶目前的專注力、疲勞度和生理信號(hào)等，同時(shí)還可監(jiān)測(cè)神經(jīng)信號(hào)。針對(duì)無法進(jìn)行自我表述的少年、老人，可以通過情緒計(jì)算十分精準(zhǔn)地識(shí)別到他們的情緒波動(dòng)，更好地幫助到患者，并在出現(xiàn)危急的情況下實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

產(chǎn)業(yè)化落地需要企業(yè)協(xié)同發(fā)展

實(shí)際上，目前鈦深科技也在與部分上市公司進(jìn)行合作，比如深圳先健醫(yī)療。部分健康級(jí)的產(chǎn)品已在發(fā)貨過程中，而醫(yī)療級(jí)的傳感器產(chǎn)品也處于臨床三期的狀態(tài)。對(duì)于鈦深科技來說，它們?cè)谄渲邪缪莸氖堑讓蛹夹g(shù)平臺(tái)的角色。

鈦深科技希望通過落地的應(yīng)用，吸引其他公司達(dá)成合作。在合作方面，提供定制化的解決方案。比如，當(dāng)用戶想要研究自閉癥或者狂躁癥時(shí)，鈦深科技會(huì)選擇從學(xué)術(shù)角度出發(fā)，先尋找相應(yīng)判斷指標(biāo)，通過技術(shù)分析確定是否可以對(duì)指標(biāo)進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)監(jiān)控。隨后，會(huì)進(jìn)行小規(guī)模的測(cè)試，而后再繼續(xù)大面積的臨床測(cè)試，以確保其安全性和準(zhǔn)確性。

鈦深科技目前在醫(yī)療領(lǐng)域進(jìn)行了一定嘗試，也在探索除了膠囊機(jī)器人外，是否可以結(jié)合心血管手術(shù)器具、內(nèi)窺器具，為其賦能。潘挺睿教授表示，“在手術(shù)過程中光有影像是不夠的，要真切感受到組織的軟硬還是需要傳感器進(jìn)行一定的力反饋�！倍�像針對(duì)抑郁癥、自閉癥等，廠商需要為其賦能，能夠?yàn)椴“Y提供更多的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信息，才能夠最終地跑出賽道。

汪曉陽表示，雖然目前鈦深科技作為醫(yī)療傳感器聯(lián)盟發(fā)起單位，有一定技術(shù)實(shí)力以及影響力，但是要讓整個(gè)產(chǎn)業(yè)的落地，并不是一家公司就能實(shí)現(xiàn)的。這仍舊需要上下游的企業(yè)的共同參與，也希望能夠接觸到更多的行業(yè)內(nèi)公司，共同將市場(chǎng)做大。目前鈦深科技正在準(zhǔn)備A＋輪融資，計(jì)劃對(duì)鈦深科技做好推廣的同時(shí)，籌建自己的生產(chǎn)線，保障量產(chǎn)的質(zhì)量與工藝，搭建方案團(tuán)隊(duì)完善自身的產(chǎn)品。

潘挺睿教授表示，“未來從醫(yī)療傳感到健康數(shù)據(jù)，并不會(huì)僅基于傳統(tǒng)的醫(yī)院和病人，而是基于智能和每一個(gè)個(gè)體之間每時(shí)每刻的強(qiáng)關(guān)系�！边@也意味著，未來有著很大的想象空間。

作者：鐘慶宏