壓力觸覺傳感器是一類能夠感知、測量并將外部機械壓力信號轉換為可量化電信號的器件，是賦予機器智能觸覺感知能力的硬件基礎。近年來，隨著柔性電子、新材料、微納制造與人工智能（AI）技術的不斷融合與發展，壓力觸覺傳感器取得了顯著突破。
據麥姆斯咨詢報道，針對該領域研究，北京航空航天大學吳治嶧教授聯合中國科學院北京納米能源與系統研究所相關團隊在Advanced Materials Technologies期刊上發表了題為“Recent Advances of Flexible Pressure Tactile Sensors: Sensing Mechanisms, Performance Breakthroughs, and Intelligent Applications”的綜述文章，系統地梳理了柔性壓力觸覺傳感器在傳感機制、性能突破與智能應用方面的最新進展，旨在為該領域研究人員提供系統性參考，推動智能觸覺感知技術的持續創新發展。
圖1 本研究論文的圖文摘要
柔性壓力觸覺傳感器的原理分類
作為連接物理世界與數字信息的關鍵橋梁，壓力觸覺傳感器的核心使命是將無形的機械壓力信號轉換為可量化的電信號。這一轉換過程依賴于多種不同的物理機制，從而形成了多樣化的傳感技術路徑。目前主流的傳感機制主要包括壓阻式、電容式、壓電式、摩擦電式等。此外，光學式、磁彈性式、電位式等傳感機制也逐漸受到研究關注。不同傳感機制各具優勢與局限，在應用層面形成互補，通過合理選擇與集成多種傳感機制，可極大豐富觸覺信息的獲取維度與方式，為后續信號處理與智能決策奠定堅實基礎。
圖2 柔性壓力觸覺傳感器工作機制示意圖
性能提升研究進展
隨著觸覺傳感器在機器人、可穿戴設備等領域的深入應用，其性能面臨更高要求。現代觸覺傳感器設計已從單一參數優化，轉向多性能維度協同發展的新階段。
（1）高靈敏度
高靈敏度是觸覺傳感器的關鍵性能指標，能夠實現微弱刺激的檢測，直接決定其在醫學診斷、機器人操作等領域的應用能力。實現高靈敏度的核心在于將微弱機械信號高效轉換為電信號。當前研究主要沿著兩條路徑展開：微結構設計與材料改性。
圖3 實現高靈敏度觸覺傳感的微結構設計策略
圖4 提升觸覺傳感器靈敏度的材料改性策略
（2）寬線性范圍
觸覺傳感器的線性響應范圍決定了其測量范圍與可靠性。傳統的傳感器普遍面臨“高靈敏度與寬量程難以兼顧”的固有矛盾：低剛度微結構雖然可提高靈敏度，但在高壓條件下易發生飽和，從而導致非線性響應。為突破這一瓶頸，當前研究逐步轉向多維度、跨尺度的結構設計與材料創新，以精確調控壓力—響應曲線，使傳感器在從千帕到兆帕的寬壓力范圍內仍能保持良好的線性特性。
圖5 實現觸覺傳感器寬線性響應范圍的結構和材料策略
（3）力的方向感知
對多維力信息，尤其是力方向的精準解碼，是實現高水平觸覺感知能力的關鍵。不同于僅能感知法向壓力的傳統傳感器，區分剪切力及力矢量方向對于機器人實現靈巧抓取、滑移檢測、物體形狀識別以及安全人機交互具有重要意義。目前，實現力方向感知主要依賴兩種協同策略：材料各向異性設計與器件結構創新。
圖6 基于材料的多維力感知和智能認知策略
圖7 用于多維力感知和仿生認知系統的結構解耦策略
（4）小型化
隨著機器人、可穿戴設備和植入式醫療器械對高集成度需求的提升，觸覺傳感器的小型化成為推動其實際應用的關鍵因素。小型化不僅意味著器件尺寸的縮小，還要求在有限空間內維持甚至提升靈敏度、空間分辨率與信噪比，同時兼顧柔性、曲面貼合性以及系統集成能力。近年來，通過材料創新、微納制造技術、新型傳感機制的融合，觸覺傳感器小型化取得了顯著進展。
圖8 觸覺傳感器的小型化策略和應用進展
應用場景驅動的性能驗證
隨著材料科學、微電子學、人工智能等領域的持續突破，觸覺傳感器技術已從實驗室研究走向大規模實際應用。高性能觸覺傳感器不再局限于傳統壓力檢測，已演進為能夠感知力、紋理、形狀甚至溫度、濕度等多模態信息的關鍵傳感單元，為構建真正意義上的“智能感知”提供了關鍵硬件基礎。其應用涵蓋多個前沿領域，其中人機交互、物聯網、智能醫療是最具代表性的三大方向，共同勾勒出觸覺傳感技術賦能未來創新的廣闊圖景。
（1）人機交互
觸覺傳感器在人機交互領域的應用，正推動交互范式從傳統的單向指令傳輸，向多維度、雙向智能感知與反饋模式演進。憑借高靈敏度、多模態傳感能力與柔性集成特性，觸覺傳感器使機器系統不僅能夠實現“觸感”，還能“理解”物理接觸信息，顯著提升了交互的自然性、精準度與沉浸感。當前研究與應用中，基于觸覺感知的材料識別與手勢識別已成為兩大核心方向，通過對“物體”的感知與對人類行為的理解這兩個維度，共同推動人機交互向更高層次的智能化與集成化發展。
圖9 基于觸覺傳感的智能材料識別技術演進和應用拓展
圖10 基于觸覺傳感器的手勢識別技術演進和應用拓展
（2）物聯網
作為連接物理世界與數字世界的關鍵橋梁，物聯網的發展高度依賴感知層技術的突破。壓力觸覺傳感器通過準確捕捉力、紋理、硬度等物理交互信息，有效彌補了視覺感知在遮擋、弱光及隱私敏感場景下的不足，為自動化決策與智能控制提供核心支撐。其在物流、農業、醫療、服務等典型場景中的創新應用，正持續推動物聯網產業向無人化、高效化、智能化轉型。
圖11 觸覺傳感器在智能物流、農業和服務機器人領域的物聯網應用
（3）智慧醫療
作為智能醫療系統中的關鍵傳感組件，壓力觸覺傳感器正日益為精細手術操作、組織力學屬性評估、人機安全交互等核心場景提供高精度力反饋與實時安全監測能力，顯著提升了醫療操作的精準度、安全性與智能化水平。其在微創外科、病灶診斷、康復設備等領域的深度集成，正持續推動醫療范式從經驗依賴向數據驅動，從宏觀粗放向微觀精準轉變。
圖12 用于智能醫療應用的先進觸覺傳感技術
結論與展望
目前，壓阻式、電容式、壓電式、摩擦電式等主流傳感技術持續演進并相互融合，通過微納結構設計、材料改性、系統集成等策略，顯著提升了柔性壓力觸覺傳感器在靈敏度、線性范圍、多維力傳感、小型化等方面的性能，為其在復雜環境中的實際應用奠定了基礎。這類傳感器在人機交互、智能醫療、物聯網等領域展現出廣闊潛力，在機器人精細操作、健康監測、智能環境感知等應用中發揮著關鍵作用。
然而，該領域當前仍面臨若干挑戰：不同傳感機制的集成與兼容性尚未完全解決，多模態信息融合能力有待進一步提升；在可穿戴設備等能量受限場景中，高性能與低功耗的平衡仍是關鍵問題；極端條件下的穩定性與耐久性，以及大規模生產中的成本控制與一致性，也是實現產業化必須突破的核心瓶頸。此外，壓力觸覺傳感器從實驗室原型到廣泛應用的商業產品，還面臨一系列源于實際部署與市場經濟性的獨特挑戰，需要加強學術界與產業界的協作，彌合實驗室研究成果與規模化商業產品之間的鴻溝。
未來的研究應聚焦新型材料與機制的開發，探索具有優異機電響應、環境適應性與自修復能力的系統，以及量子效應、光學效應等新型傳感原理；通過融入人工智能算法實現自校準、自適應與認知功能，同時發展異質集成技術，將傳感、供能、計算整合為一體化智能系統；強調仿生與人本化設計，模擬人體皮膚結構實現多維感知，同時提升柔性與生物相容性以保障可穿戴舒適性；此外，建立行業標準與測試協議、加強產學研協作、推進高性能低成本制造工藝，對于技術的實際部署至關重要。
總體而言，壓力觸覺傳感器的發展將依托材料科學、人工智能和生物醫學工程等多學科交叉融合，向多功能化、智能化和工程實用化方向持續演進。隨著技術成熟與應用拓展，壓力觸覺傳感器有望成為連接物理世界與數字世界的關鍵橋梁，為智能制造、智慧醫療和元宇宙等新興領域提供核心感知支撐，最終助力構建“萬物互聯、智能感知”的未來愿景。
論文信息：
https://doi.org/10.1002/admt.202501837
《人形機器人技術及市場-2025版》
《傳感器技術及市場-2026版》
《機器人傳感器技術及市場-2022版》
《可穿戴傳感器技術及市場-2025版》
《印刷和柔性傳感器技術及市場-2024版》
《觸覺技術及市場-2024版》
《協作機器人（Cobot）技術及市場-2022版》
