柔性压力触觉传感器最新进展：传感机制、性能突破与智能应用
2026-01-17 14:51:51 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
本文系统地梳理了柔性压力触觉传感器在传感机制、性能突破与智能应用方面的最新进展，旨在为该领域研究人员提供系统性参考，推动智能触觉感知技术的持续创新发展。
压力触觉传感器是一类能够感知、测量并将外部机械压力信号转换为可量化电信号的器件，是赋予机器智能触觉感知能力的硬件基础。近年来，随着柔性电子、新材料、微纳制造与人工智能（AI）技术的不断融合与发展，压力触觉传感器取得了显著突破。
据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，北京航空航天大学吴治峄教授联合中国科学院北京纳米能源与系统研究所相关团队在Advanced Materials Technologies期刊上发表了题为“Recent Advances of Flexible Pressure Tactile Sensors: Sensing Mechanisms, Performance Breakthroughs, and Intelligent Applications”的综述文章，系统地梳理了柔性压力触觉传感器在传感机制、性能突破与智能应用方面的最新进展，旨在为该领域研究人员提供系统性参考，推动智能触觉感知技术的持续创新发展。
图1 本研究论文的图文摘要
柔性压力触觉传感器的原理分类
作为连接物理世界与数字信息的关键桥梁，压力触觉传感器的核心使命是将无形的机械压力信号转换为可量化的电信号。这一转换过程依赖于多种不同的物理机制，从而形成了多样化的传感技术路径。目前主流的传感机制主要包括压阻式、电容式、压电式、摩擦电式等。此外，光学式、磁弹性式、电位式等传感机制也逐渐受到研究关注。不同传感机制各具优势与局限，在应用层面形成互补，通过合理选择与集成多种传感机制，可极大丰富触觉信息的获取维度与方式，为后续信号处理与智能决策奠定坚实基础。
图2 柔性压力触觉传感器工作机制示意图
性能提升研究进展
随着触觉传感器在机器人、可穿戴设备等领域的深入应用，其性能面临更高要求。现代触觉传感器设计已从单一参数优化，转向多性能维度协同发展的新阶段。
（1）高灵敏度
高灵敏度是触觉传感器的关键性能指标，能够实现微弱刺激的检测，直接决定其在医学诊断、机器人操作等领域的应用能力。实现高灵敏度的核心在于将微弱机械信号高效转换为电信号。当前研究主要沿着两条路径展开：微结构设计与材料改性。
图3 实现高灵敏度触觉传感的微结构设计策略
图4 提升触觉传感器灵敏度的材料改性策略
（2）宽线性范围
触觉传感器的线性响应范围决定了其测量范围与可靠性。传统的传感器普遍面临“高灵敏度与宽量程难以兼顾”的固有矛盾：低刚度微结构虽然可提高灵敏度，但在高压条件下易发生饱和，从而导致非线性响应。为突破这一瓶颈，当前研究逐步转向多维度、跨尺度的结构设计与材料创新，以精确调控压力—响应曲线，使传感器在从千帕到兆帕的宽压力范围内仍能保持良好的线性特性。
图5 实现触觉传感器宽线性响应范围的结构和材料策略
（3）力的方向感知
对多维力信息，尤其是力方向的精准解码，是实现高水平触觉感知能力的关键。不同于仅能感知法向压力的传统传感器，区分剪切力及力矢量方向对于机器人实现灵巧抓取、滑移检测、物体形状识别以及安全人机交互具有重要意义。目前，实现力方向感知主要依赖两种协同策略：材料各向异性设计与器件结构创新。
图6 基于材料的多维力感知和智能认知策略
图7 用于多维力感知和仿生认知系统的结构解耦策略
（4）小型化
随着机器人、可穿戴设备和植入式医疗器械对高集成度需求的提升，触觉传感器的小型化成为推动其实际应用的关键因素。小型化不仅意味着器件尺寸的缩小，还要求在有限空间内维持甚至提升灵敏度、空间分辨率与信噪比，同时兼顾柔性、曲面贴合性以及系统集成能力。近年来，通过材料创新、微纳制造技术、新型传感机制的融合，触觉传感器小型化取得了显著进展。
图8 触觉传感器的小型化策略和应用进展
应用场景驱动的性能验证
随着材料科学、微电子学、人工智能等领域的持续突破，触觉传感器技术已从实验室研究走向大规模实际应用。高性能触觉传感器不再局限于传统压力检测，已演进为能够感知力、纹理、形状甚至温度、湿度等多模态信息的关键传感单元，为构建真正意义上的“智能感知”提供了关键硬件基础。其应用涵盖多个前沿领域，其中人机交互、物联网、智能医疗是最具代表性的三大方向，共同勾勒出触觉传感技术赋能未来创新的广阔图景。
（1）人机交互
触觉传感器在人机交互领域的应用，正推动交互范式从传统的单向指令传输，向多维度、双向智能感知与反馈模式演进。凭借高灵敏度、多模态传感能力与柔性集成特性，触觉传感器使机器系统不仅能够实现“触感”，还能“理解”物理接触信息，显著提升了交互的自然性、精准度与沉浸感。当前研究与应用中，基于触觉感知的材料识别与手势识别已成为两大核心方向，通过对“物体”的感知与对人类行为的理解这两个维度，共同推动人机交互向更高层次的智能化与集成化发展。
图9 基于触觉传感的智能材料识别技术演进和应用拓展
图10 基于触觉传感器的手势识别技术演进和应用拓展
（2）物联网
作为连接物理世界与数字世界的关键桥梁，物联网的发展高度依赖感知层技术的突破。压力触觉传感器通过准确捕捉力、纹理、硬度等物理交互信息，有效弥补了视觉感知在遮挡、弱光及隐私敏感场景下的不足，为自动化决策与智能控制提供核心支撑。其在物流、农业、医疗、服务等典型场景中的创新应用，正持续推动物联网产业向无人化、高效化、智能化转型。
图11 触觉传感器在智能物流、农业和服务机器人领域的物联网应用
（3）智慧医疗
作为智能医疗系统中的关键传感组件，压力触觉传感器正日益为精细手术操作、组织力学属性评估、人机安全交互等核心场景提供高精度力反馈与实时安全监测能力，显著提升了医疗操作的精准度、安全性与智能化水平。其在微创外科、病灶诊断、康复设备等领域的深度集成，正持续推动医疗范式从经验依赖向数据驱动，从宏观粗放向微观精准转变。
图12 用于智能医疗应用的先进触觉传感技术
结论与展望
目前，压阻式、电容式、压电式、摩擦电式等主流传感技术持续演进并相互融合，通过微纳结构设计、材料改性、系统集成等策略，显著提升了柔性压力触觉传感器在灵敏度、线性范围、多维力传感、小型化等方面的性能，为其在复杂环境中的实际应用奠定了基础。这类传感器在人机交互、智能医疗、物联网等领域展现出广阔潜力，在机器人精细操作、健康监测、智能环境感知等应用中发挥着关键作用。
然而，该领域当前仍面临若干挑战：不同传感机制的集成与兼容性尚未完全解决，多模态信息融合能力有待进一步提升；在可穿戴设备等能量受限场景中，高性能与低功耗的平衡仍是关键问题；极端条件下的稳定性与耐久性，以及大规模生产中的成本控制与一致性，也是实现产业化必须突破的核心瓶颈。此外，压力触觉传感器从实验室原型到广泛应用的商业产品，还面临一系列源于实际部署与市场经济性的独特挑战，需要加强学术界与产业界的协作，弥合实验室研究成果与规模化商业产品之间的鸿沟。
未来的研究应聚焦新型材料与机制的开发，探索具有优异机电响应、环境适应性与自修复能力的系统，以及量子效应、光学效应等新型传感原理；通过融入人工智能算法实现自校准、自适应与认知功能，同时发展异质集成技术，将传感、供能、计算整合为一体化智能系统；强调仿生与人本化设计，模拟人体皮肤结构实现多维感知，同时提升柔性与生物相容性以保障可穿戴舒适性；此外，建立行业标准与测试协议、加强产学研协作、推进高性能低成本制造工艺，对于技术的实际部署至关重要。
总体而言，压力触觉传感器的发展将依托材料科学、人工智能和生物医学工程等多学科交叉融合，向多功能化、智能化和工程实用化方向持续演进。随着技术成熟与应用拓展，压力触觉传感器有望成为连接物理世界与数字世界的关键桥梁，为智能制造、智慧医疗和元宇宙等新兴领域提供核心感知支撑，最终助力构建“万物互联、智能感知”的未来愿景。
论文信息：https://doi.org/10.1002/admt.202501837
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