產(chǎn)教融合結(jié)碩果！松江職校生研發(fā)電子皮膚，獲6家企業(yè)搶購(gòu)

在數(shù)字化與智能化浪潮之下，人形機(jī)器人正從工業(yè)領(lǐng)域邁向企業(yè)年會(huì)、文娛展演、體育賽事等多元場(chǎng)景。盡管這些新潮設(shè)備功能強(qiáng)大，但其機(jī)械感明顯、動(dòng)作生硬的短板仍待突破。柔性觸覺(jué)傳感器技術(shù)的突破，被視為賦予機(jī)器人類人觸覺(jué)的關(guān)鍵。而在上海科創(chuàng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，9名年輕學(xué)子早在2024年便聚焦于此，以實(shí)際行動(dòng)投身研發(fā)。

“我們的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)出一款能同時(shí)感知三維力的柔性觸覺(jué)傳感器，賦予機(jī)器人更接近生物皮膚的觸覺(jué)感知能力。”雖然還是在校生，但團(tuán)隊(duì)僅用一年多時(shí)間便取得突破——一款名為“微靈觸覺(jué)”的新型觸覺(jué)傳感器已經(jīng)進(jìn)入收尾封裝階段，并吸引了6家科技型企業(yè)拋出合作意向。

學(xué)生組團(tuán)搞開(kāi)發(fā) 搭建起“企業(yè)化”運(yùn)作模式

去年年底，上海科創(chuàng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新教育總結(jié)表彰大會(huì)上，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專業(yè)大二學(xué)生劉晨在年度獲獎(jiǎng)項(xiàng)目路演中表現(xiàn)搶眼，其團(tuán)隊(duì)提出的“聚焦人形機(jī)器人觸覺(jué)困難·產(chǎn)教融合方案”引發(fā)關(guān)注，更引人注目的是這支平均年齡不足20歲的職教學(xué)生團(tuán)隊(duì)。

團(tuán)隊(duì)共9人，來(lái)自工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)等多個(gè)專業(yè)，分工明確：產(chǎn)品研發(fā)、市場(chǎng)營(yíng)銷、財(cái)務(wù)管理、數(shù)字媒體宣傳等崗位一應(yīng)俱全，甚至還設(shè)有研發(fā)負(fù)責(zé)人、營(yíng)銷負(fù)責(zé)人、財(cái)務(wù)總監(jiān)等崗位。

劉晨在學(xué)院創(chuàng)新教育總結(jié)表彰大會(huì)上路演

“我們打算畢業(yè)后自主創(chuàng)業(yè)。”劉晨告訴記者，中職階段學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的經(jīng)歷，促使他報(bào)考上海科創(chuàng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，并希望能在該領(lǐng)域闖出一片天地。2024年9月入學(xué)后，他便主動(dòng)尋求機(jī)會(huì)。當(dāng)時(shí)恰好該校教師張怡、趙學(xué)功手上有一個(gè)聚焦新型柔性傳感器開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目，他與另一名同學(xué)李澤鍇隨即加入。不久后，另外幾名同學(xué)朱海燕、唐海亮、王添樂(lè)、張壟鵬、程清、余新艷、高銘灝也陸續(xù)加入。此外，教師孟祥闊、劉京東也加入指導(dǎo)教師陣營(yíng)。至此，團(tuán)隊(duì)正式成型。

大小方向同檢測(cè) 彈性體介電層“以柔克剛”

技術(shù)研發(fā)，必然要攻克技術(shù)難點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)調(diào)研松江區(qū)多家企業(yè)后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有觸覺(jué)傳感器技術(shù)雖能監(jiān)測(cè)單一維度、簡(jiǎn)單靜態(tài)壓力，但在復(fù)雜力學(xué)場(chǎng)景中，普遍難以像生物皮膚般同步、實(shí)時(shí)且高分辨率地感知作用力在三維空間中的大小、精確方向以及空間分布形態(tài)等，導(dǎo)致其在機(jī)器人靈巧操作、醫(yī)療觸診模擬、人機(jī)安全交互等實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景中，往往無(wú)法達(dá)到預(yù)期的性能指標(biāo)和應(yīng)用效果。

為突破技術(shù)瓶頸，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)“微靈觸覺(jué)”三維力柔性觸覺(jué)傳感器，采用四電容敏感單元結(jié)構(gòu)和微圓臺(tái)結(jié)構(gòu)化的彈性體介電層設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)柔性傳感器相比，該產(chǎn)品基于電容式傳感原理，采用“1 個(gè)頂電極+4 個(gè)獨(dú)立底電極”布局，通過(guò)四路電容信號(hào)差異耦合，實(shí)現(xiàn)大小、方向三維力同步檢測(cè)。“整個(gè)研發(fā)過(guò)程中，我們累計(jì)完成了‘20 + ’組結(jié)構(gòu)參數(shù)迭代、‘50 +’次工藝驗(yàn)證，最終才敲定穩(wěn)定可靠的核心結(jié)構(gòu)方案。”劉晨說(shuō)。

傳感器內(nèi)部組件

“從物理機(jī)制上講，微圓臺(tái)陣列的彈性形變特性與四電容單元機(jī)構(gòu)的空間分布能夠形成互補(bǔ)，從而滿足性能優(yōu)化需求。”劉晨進(jìn)一步解釋，在法向力作用下，微圓臺(tái)的集中壓縮效應(yīng)能使電極間距變化量提升3 倍以上，顯著放大電容變化率；切向力作用時(shí)，四電容單元的對(duì)稱布局可精準(zhǔn)捕捉頂電極的偏移軌跡，通過(guò)相鄰電容的差值耦合實(shí)現(xiàn)力的方向的定量解耦，從而解決傳統(tǒng)傳感器三維力信號(hào)耦合干擾的行業(yè)難題。

科研開(kāi)發(fā)接地氣 孵化技術(shù)轉(zhuǎn)化“中試車間”

談及傳感器命名，劉晨展示一片僅4平方厘米的薄膜芯片解釋道：“微以形，靈以神，觸以境，覺(jué)以慧。微是其毛孔，靈是其神經(jīng)，觸是其相遇，覺(jué)是其覺(jué)醒，‘微靈觸覺(jué)’合起來(lái)意為用微納結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的、靈敏到可以覺(jué)察細(xì)節(jié)的柔性觸覺(jué)技術(shù)，讀來(lái)既朗朗上口，又有東方美學(xué)韻味。”

過(guò)去一年，該項(xiàng)目獲第十九屆“挑戰(zhàn)杯”上海市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽一等獎(jiǎng)、中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2025）市賽金獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)，團(tuán)隊(duì)還以學(xué)生為第一作者申請(qǐng)了專利“一種三維力柔性觸覺(jué)傳感器及其制備方法”。

成績(jī)的取得使這群年輕創(chuàng)客為之振奮，也促使他們?cè)趧?chuàng)新的道路上穩(wěn)步前行。常在松江大學(xué)城各高校學(xué)習(xí)的張怡清醒地認(rèn)識(shí)到，高職院校學(xué)生雖然在學(xué)術(shù)深度上不及一流高校，但在產(chǎn)教融合上優(yōu)勢(shì)顯著，“我們的課題、項(xiàng)目對(duì)準(zhǔn)企業(yè)需求，學(xué)生常駐企業(yè)車間和實(shí)驗(yàn)室，更懂企業(yè)、更懂市場(chǎng)。”

團(tuán)隊(duì)成員在進(jìn)行相關(guān)測(cè)試

“微靈觸覺(jué)”不僅解決了傳統(tǒng)傳感器低壓靈敏度不足與三維力解耦困難問(wèn)題，還具備快速產(chǎn)業(yè)化潛力與較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。劉晨表示，相比市場(chǎng)同類產(chǎn)品，該傳感器定價(jià)更低，且提供定制化服務(wù)和完善的售后服務(wù)。

上海科創(chuàng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新教育負(fù)責(zé)人梁曉琦認(rèn)為，該項(xiàng)目是職業(yè)院校探索特色科研、創(chuàng)新教育的縮影：“立足區(qū)域發(fā)展，聚焦生產(chǎn)一線，研發(fā)方向圍著企業(yè)需求轉(zhuǎn)，力求解決生產(chǎn)實(shí)踐中的技術(shù)難題，課堂就是把技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的‘中試車間’。而產(chǎn)教深度融合與校企合作平臺(tái)的廣泛搭建，無(wú)疑為學(xué)生暢通‘創(chuàng)意—?jiǎng)?chuàng)新—?jiǎng)?chuàng)業(yè)—產(chǎn)業(yè)’轉(zhuǎn)化路徑提供了便利。”以該項(xiàng)目為例，6家意向購(gòu)買企業(yè)中，2家為學(xué)院的校企合作基地。

■記者 王梅 文/圖

■編輯 王梅

■欄目責(zé)編 朱俊輝 ■欄目主編 顏瑾

上觀號(hào)作者：上海松江