港科大申亚京团队在Nature Sensors发表EmArm机械臂光学电子皮肤

“ 当电子皮肤扮演机器人的眼睛。 一条机械臂上，装了接触传感器的地方就那么几处。手腕一只力传感器，指尖一片触觉传感器。从手腕到肩膀这一长段，前臂和上臂，都是空的。 这一段本该由皮肤来填。机器人身上不缺传感器，摄像头是它的眼睛，麦克风是它的耳朵，皮肤这一层，没有。 人的皮肤是身体最大的器官，包住全身，底下密布着感受器。皮肤给出的不只是一个“碰到了”的信号，还有碰在哪儿、用了多大劲。给机器做一层这样的皮肤，难的从来不是包上去，是包上去之后还要有感觉。 香港科技大学这条胳膊把这一长段补上了。它叫EmArm，全称是“具身感知驱动机械臂”。一只篮球搁在前臂上，重心偏了出去，手一松开，EmArm自己调整上臂和前臂的角度，把球稳住。压力落在皮肤上，机械臂读到了。 图注：人的手把篮球放到前臂上，松开之后没人再扶，球稳住了。上方的Rapid response是论文原字幕。图片来源：论文补充视频3 牵头的是电子及计算机工程学系教授申亚京，他带着Mevita Robotics Lab把这条胳膊做出来。论文2026年7月20日上线《自然·传感》（Nature Sensors），收在8月号，港科大10月16日发了新闻稿。 要回答的问题有两句。这条胳膊怎么长出感觉，长出感觉之后，它做得了什么，做不了什么。 01. 难题一直卡在布线上 要让整条胳膊有感觉，最直接的办法是铺满传感器。这条路走了很多年，一直没能铺开。 一片电子皮肤里密布着成百上千个传感单元，每个单元都要单独走线。一整条胳膊铺满，线束、接口、屏蔽层一起堆上来，重量涨，维护成本涨，防水防尘更难做。线一多，出毛病的地方就多，哪一处接点松了，那一片就收不到信号。 还有一层矛盾绕不开。皮肤得软，机械臂得刚。软的东西贴在刚的骨架上，一受力就滑、就起皱，传感器在褶皱处的读数会跟着失真。要让这层皮肤既软又不乱跑，就得在结构上另想办法。 做机械臂的公司因此退到指尖。抓取最离不开指尖，先把这一点做出来，代价最小。 EmArm换了个做法。团队没有去造一张更大的电子皮肤，他们把皮肤做成了光学件。 02. 皮肤下面藏着一双眼睛 EmArm的结构分三层。最里面是刚性的机械骨架，外面裹一层柔软的触觉皮肤，骨架和皮肤之间藏着亚毫米级的摄像头。 图注：论文图1。左边是结构分解，标出软皮肤、摄像头、刚性骨架和皮肤内侧的标记点；右边是感知与行动组成的闭环。图片来源：Nature Sensors论文Fig. 1 皮肤受压会变形，摄像头从里面看这层变形。上臂加前臂，覆盖的皮肤超过71000平方毫米，比一张A4纸大一点。 皮肤内侧印着一层标记点，作用像一张方格纸。有东西压上来，那张方格纸就塌出一个坑，格子跟着歪。摄像头把歪掉的格子拍下来，系统算出一张形变图，再从这张图里读出四件事，接触发生在哪儿、压了多大一片、力气有多大、同时有几个点在接触。 这四件事，加上关节角度，一起送进控制器。 申亚京在港科大的新闻稿里解释过为什么不把这件事交给大模型。 “我们要处理的是一个高维度、随时间不断变化的力场数据流；如果直接采用端到端学习，不仅需要海量标注数据，对算力的要求也很高，难以在机械人平台上实现即时运作。” 端到端的做法，是让神经网络自己从原始信号里学出这一下有多重、接下来该怎么动，前提是喂给它足够多的标注样本，还要在机器人身上跑得动。EmArm反过来，先把连续变化的力场压成四个数，再把这四个数交给控制器。 你在黑屋子里摸到一只杯子，不需要在脑子里重建这只杯子的三维模型，只要知道它在哪儿、有多大、会不会滑。EmArm只取这四个特征，图的就是这件事。 光学方案还顺带解决了另外两件事。一件是布线，摄像头能覆盖一整片皮肤，用不着每个传感单元各自拉一根线。另一件是抗干扰，光信号不怕电磁，也不容易被温度、湿度、声音带偏。团队把电磁、光线、温度、湿度、声学这五种干扰逐个加上去测，感知保真度还有97.9%。 03. 摸得准和摸不准之间 EmArm被引用最多的两个数，0.085毫米和18.2毫米，量的不是同一件事，混着用会读错。 0.085毫米是空间分辨率，说的是这套系统能把接触位置定到多细。18.2毫米是两点辨别阈值，说的是两个点隔开多远，它才能认出这是两个点而不是一个。前者像相机的像素有多密，后者像你的手指肚能不能分开两粒并排的米。 人的前臂，两点辨别阈值通常在30到50毫米。想自己试一下，可以拿两支铅笔的笔尖轻轻戳小臂，从贴着开始慢慢分开，到你分不清是一下还是两下，那个距离就是。前臂的这层本事远不如手指肚，手指肚是两三毫米。 在这件事上，EmArm比人的前臂分得细。港科大的说法是18.2毫米表现更比人类手臂皮肤感知的30至50毫米范围更为优胜。这个比较成立，也只能说到这儿。它说的是分辨相邻触点这一项，不等于整条胳膊的感觉超过人手。 图注：论文里的两点辨别实

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