第74期“见微知著”培训课程：力学传感器及触觉感知

麦姆斯咨询　｜　2025-10-24至2025-10-26　｜　无锡锡山区

五、课程内容

课程一：MEMS应力/应变传感器及磁触觉感知

老师：北京理工大学 教授 王晓毅（点此查看老师简介）

应力/应变传感器是一类能够将外部机械刺激产生的应力或应变转化为可用电信号的换能器。它既可用作六维力/力矩传感器的敏感单元，也可成为人工触觉感知系统的“神经末梢”。随着MEMS制造工艺和柔性电子技术的进步，应力/应变传感器已逐步实现小型化、柔性化和高分辨阵列化，使其不仅能够精准感知压力、拉伸、弯曲等力学刺激，还可通过多模态融合实现类似人类皮肤的综合触觉感知。智能机器人不仅能通过触觉感知来控制抓取物体的力度，还能进一步结合深度学习等算法来识别接触物体的材质。按照工作原理，触觉传感器可分为电敏式、磁敏式、光敏式等，其中，磁敏式触觉传感器利用磁体和磁敏元件（例如霍尔效应/磁阻效应器件）之间的磁场耦合关系，对外部机械刺激进行感知与解析，在多维力解耦检测方面具有优势。本课程主要针对“MEMS应力/应变传感器”和“磁敏式触觉传感器”两大部分进行基础知识、关键技术、发展现状的讲解。

课程提纲：

1. 应力/应变传感器基础知识；

2. MEMS应力/应变传感器关键技术；

3. MEMS应力/应变传感器发展现状；

4. 触觉传感器基础知识；

5. 磁敏式触觉传感器关键技术；

6. 磁敏式触觉传感器发展现状。

课程二：电容式MEMS力传感器

老师：杭州电子科技大学 教授 董林玺（点此查看老师简介）

电容式MEMS力传感器利用微加工技术制造而成，通过检测电容变化来感测外界机械力，相比压阻式MEMS力传感器，具有灵敏度更高、温度独立性更好的优势。电容式MEMS力传感器的敏感电容类型主要分为间距变化型、面积变化型。间距变化型工作原理是外界机械力使得电容两极板的间距发生变化，从而引起电容值的非线性变化进行感测，特点是线性度较差和量程较小，但具有更高的灵敏度；面积变化型工作原理是外界机械力使得电容两极板的正对面积发生变化，从而引起电容值的线性变化进行感测，特点是灵敏度较低，但具有更好的线性度和更大的量程。电容式多维力/力矩传感器往往将多个面积变化型和间距变化型电容组合使用，通过多个电容的高度对称布置和后端解耦运算实现多维力/力矩的精确解耦感测。基于MEMS技术的多维力/力矩传感器在实现微型化的同时能够保证高的测量精度。本课程首先概述电容式力传感器，然后详解电容式MEMS力传感器关键技术：设计、制造、测试与校准，最后进行技术总结与展望。

课程提纲：

1. 电容式力传感器概述：工作原理、发展历程；

2. 电容式MEMS力传感器设计与优化；

3. 电容式MEMS力传感器制造工艺；

4. 电容式MEMS力传感器测试与校准；

5. 电容式MEMS力传感器技术总结与展望。

课程三：高精度压阻式MEMS力传感器

老师：西安交通大学 副研究员 赵友（点此查看老师简介）

电阻式力传感器根据敏感原理主要分为两种类型：压阻式和应变式，通常由弹性体、应力/应变敏感电阻和惠斯通电桥电路组成。当弹性体受到外界机械力作用时，弹性体产生应力/应变，从而导致弹性体上的敏感电阻的阻值发生变化，通过惠斯通电桥电路可将电阻变化转化为电压输出。通过弹性体结构的合理设计、敏感电阻的对称布置及合理组桥可以实现多维力/力矩的解耦输出，适用于机器人的关节位置。相比应变式力传感器，压阻式MEMS力传感器基于半导体材料的压阻效应，具有更高的灵敏度、更优异的信噪比，更适合于微型化和高精度的应用场合，但是MEMS压敏电阻对温度变化较为敏感，需要更完善的温度补偿技术来抑制传感器的温度漂移。西安交通大学赵友老师主要从事硅压阻式高精度测力传感器和碳化硅MEMS耐高温压力/振动传感器研究工作，多项研究成果以专利权转让的形式实现在企业的转化应用。本课程从力传感器基础知识出发，深入讲解压阻式MEMS力传感器及其核心组件（包括MEMS芯片、弹性元件）。

课程提纲：

1. 力传感器概述；

2. 压阻式MEMS力传感器芯片；

3. 力传感器的弹性元件；

4. 高精度压阻式MEMS力传感器；

5. 新型特种压阻式MEMS压力和惯性传感器。

课程四：机器人六维力传感器和柔性力传感器

老师：苏州大学 副教授 潘明强（点此查看老师简介）

当机器人与外界环境交互时，需要对施加的力和力矩进行准确测量和反馈，以确保作业过程的稳定与安全。六维力传感器作为机器人的关键感知技术之一，能够同时检测多个方向的力和力矩信息，在抓取、打磨、装配、手术等领域中得到了广泛应用。六维力传感器主要由弹性元件和敏感元件两部分组成，分别起到力/力矩的承载和感知作用。其中，弹性元件主要包括刚性和柔性两种类型，敏感元件主要包括电阻式、电容式、压电式、磁敏式、光敏式等类型。目前，基于传统机械加工的机器人六维力传感器技术业已成熟，并且实现了商业化应用，但仍存在难以批量化制造、成本高、尺寸大等缺点。而基于MEMS制造工艺的的六维力传感器则在尺寸、成本、功耗、可靠性、批量生产等方面具有显著优势，在机器人领域的发展前景广阔，有望成为未来的主流技术之一。本课程首先概述面向机器人的力感知技术，然后重点讲解六维力传感器和柔性力传感器关键技术及应用，最后进行技术总结与趋势展望。

课程提纲：

1. 面向机器人的力感知技术概述；

2. 力传感器基本原理及分类；

3. 六维力传感器设计、制造、应用；

4. 柔性力传感器设计、制造、应用；

5. 面向机器人的力感知技术总结与发展趋势。

课程五：高性能力学传感器及触觉感知

老师：华东理工大学 教授 高阳（点此查看老师简介）

力学传感器是一种用于感知外界机械刺激的电子器件，在机器人、结构安全监测、生物力学等领域展现出广阔的应用前景。然而要满足上述应用要求，一方面，力学传感器需要具备高灵敏度、快速响应和长期稳定性；另一方面，还需要寻求高效且可规模化制备力学传感器及其阵列的方法。为此，华东理工大学高阳教授团队采用表界面工程手段，显著提高了应变和应力传感器的灵敏度和响应速度；将仿生微结构引入力学传感器，显著提升了器件性能；开发了基于激光微加工的力学传感器制备新工艺，实现了器件的可控、高效制备。触觉感知是智能机器人和人机交互系统中的关键功能，高性能力学传感器有望推动触觉感知系统从功能模仿走向智能超越。本课程首先介绍力学传感器基础知识，然后详解高性能力学传感器关键技术，阐述触觉感知原理与系统实现并分析应用案例，最后进行技术总结与未来展望。

课程提纲：

1. 力学传感器基础理论与性能表征；

2. 高性能力学传感器技术与实现；

3. 触觉感知原理与传感器系统；

4. 触觉感知前沿应用与案例分析；

5. 力学传感器及触觉感知总结与展望。

课程六：柔性力敏传感材料与力学传感器

老师：中国科学院重庆绿色智能技术研究院 研究员 魏大鹏（点此查看老师简介）

柔性压力传感器基于柔性力敏材料体系和微纳制造工艺构建而成，通常包含两层柔性电极和中间的功能软材料，按照工作原理可分为电容型、电阻型、压电型、摩擦电型等。用于柔性压力传感器的功能材料有碳纳米管、石墨烯、纳米线、有机聚合物、离子凝胶等。合理选择与复合这些材料，是推动传感器实现高性能和多场景应用的关键。在机器人领域，柔性力学传感器可将“类人触觉（电子皮肤）”赋予机械手和仿生机器人，使其具备精细的抓取、力反馈与交互能力，提升操作的安全性与智能化水平。此外，柔性力学传感器还可用于各种可穿戴设备，实现对人体运动与生理信号的实时监测，为个性化医疗与智能健康管理提供支撑。中国科学院重庆绿色智能技术研究院魏大鹏课题组发展了仿皮肤微纳力敏触点的设计方法，提出了三维共形碳纳米力敏材料的可控构筑方法，研制了低噪声、高灵敏、快响应、低迟滞的高分辨柔性压力传感器，应用于机器人灵巧手、人机交互、健康监测等领域。本课程详细讲解柔性力学传感器关键技术，从力敏材料到设计与制造，并介绍柔性力学传感器在机器人及大健康领域的应用。

课程提纲：

1. 柔性力学传感器概述；

2. 柔性力敏材料体系及碳基力敏材料制备；

3. 柔性力学传感器设计与制造；

4. 柔性力学传感器在机器人及大健康领域的应用；

5. 柔性力学传感器技术与应用展望。

课程七：柔性多维力传感器及仿生多功能触觉感知

老师：浙江工业大学 教授 吴化平（点此查看老师简介）

近年来，随着可穿戴电子设备和人工智能（AI）技术的迅猛发展，柔性力传感器的应用需求不断提升。然而，传统的柔性力传感器通常仅能检测法向压力，其功能单一，难以满足复杂环境和先进智能系统的多维感知需求。为解决这一问题，柔性多维力传感器应运而生，并逐渐成为了学术界与产业界的共同关注热点，其凭借多角度与全方位的检测优势，能够实时解析物体在三维空间的受力分布，从而实现更全面和高精度的力学感知。柔性多维力传感器性能突破主要取决于力电耦合机理、器件结构、功能材料和解耦方法等方面的持续创新。这些进展不仅可以提升传感器的灵敏度、稳定性与可靠性，也为其在可穿戴健康监测设备、智能机器人手臂、运动辅助系统、神经假体以及人机交互等多元化应用场景中创造新的发展契机。本课程详细讲解柔性三维/六维力触觉传感器设计与制造，以及仿生多功能柔性触觉感知技术与应用。

课程提纲：

1. 柔性多维力触觉传感器概述；

2. 柔性三维力触觉传感器设计与制造；

3. 柔性六维力触觉传感器设计与制造；

4. 仿生多功能柔性触觉感知；

5. 柔性多维力触觉传感器应用展望。

课程八：人形机器人用柔性触觉传感器

老师：中国科学技术大学苏州高等研究院 长江学者讲席教授 潘挺睿（点此查看老师简介）

触觉感知是人形机器人实现类人智能的核心功能之一，其依托模拟人类皮肤的触觉传感器来检测和解析外部刺激（包括力/力矩、摩擦、振动、温度、湿度等），从而支撑人形机器人对环境的实时响应及智能交互。近年来，柔性离电学的兴起为仿生触觉感知提供了一种鼓舞人心的新型解决方案。柔性离电传感（Flexible Iontronic Sensing，FITS）被国际主流学术界列为新一代（第四代）柔性力和触觉传感机制，其结合了离子和电子双重信号传导，能够更自然地模拟人类皮肤的感知功能，在灵敏度、响应速度、功能性等方面具有显著优势。特别是在2022年之后，随着人工智能（AI）技术的突飞猛进，基于FITS的触觉传感器进入智能化发展阶段——AI技术不仅可用于优化传感器设计，还能够处理传感器产生的大量数据以实现更智能的应用功能，例如材料属性识别、运动轨迹分析、身份识别等。此外，基于FITS的触觉传感器还可作为生物接口拓展人机交互的维度，为假肢控制和康复训练提供更自然的感知通路。本课程深入讲解基于FITS的触觉传感器基础知识、关键技术（设计与制造）、应用实例。

课程提纲：

1. 柔性离电传感（FITS）概述：原理、特点、应用；

2. 基于FITS的下一代触觉传感器设计与制造；

3. 面向人形机器人应用的柔性触觉传感器实例；

4. 基于柔性触觉传感器的生物接口及人机交互；

5. 触觉感知与仿生智能技术总结与展望。

课程九：柔性自驱动触觉传感器及人机交互应用

老师：苏州慧闻纳米科技有限公司 董事长/苏州大学 教授 孙旭辉（点此查看老师简介）

2012年，王中林研究团队首次发明了摩擦纳米发电机（TENG），开辟了能量收集与自驱动传感的全新研究方向。基于摩擦起电和静电感应原理的摩擦纳米发电机，能够高效捕获环境中普遍存在的低频机械能（例如触碰、摩擦）并转化为电能，而且其输出信号可直接作为传感信息载体，实现“自驱动”感知功能。这一特性为开发无需外部供电的柔性触觉传感器奠定了基础，具有低功耗、绿色可持续和结构多样化等优势，可用于人机交互、电子皮肤、生理检测、运动监测等领域。柔性TENG可以在外界机械激励下直接产生电信号，其输出信号能很好地反映机械激励变化，并且对各种形式的机械运动均具备较好的适应性，可在无外部电源的情况下对压力、应变、剪切力及滑动等做出响应，因此被广泛认为是可穿戴传感器和机器人指尖触觉传感器的理想候选方案。近年来，为了满足人工智能（AI）及可穿戴健康医疗等领域日益广泛的应用需求，可拉伸、自愈合、生物兼容性高的新型自驱动触觉传感器相继问世，有望在智能时代中扮演“神经末梢”的关键角色。本课程详细讲解柔性TENG关键技术，以及基于TENG的自驱动触觉传感器及人机交互应用。

课程提纲：

1. 基于摩擦电的能量收集和传感技术；

2. 柔性摩擦纳米发电机（TENG）关键技术：从材料到设计和制备；

3. 基于TENG的压力传感系统和自驱动传感系统；

4. 基于TENG的触觉传感器及人机交互应用。

课程十：触觉传感器及具身智能应用

老师：北京航空航天大学 副研究员 余龙腾（点此查看老师简介）

触觉传感器是一类用于模拟或扩展生物皮肤触觉功能的器件，其基本作用是将外界的机械刺激、热刺激、甚至化学或材料表面特性等信息转化为可测量的电信号，从而助力机器人实现对外部环境的感知与反馈。近年来，柔性电子、纳米材料和微纳制造工艺的发展，使触觉传感器在灵敏度、空间分辨率及可集成性方面取得了显著进步。此外，在多自由度交互场景中，触觉传感器往往需要同时感知压力、剪切力、温度等多种刺激，然而不同物理量之间易产生耦合，导致信号混叠。为解决这一问题，多物理量解耦技术应运而生，包括基于结构分区的多通道传感器设计、基于材料特性的选择性响应策略，以及结合机器学习的信号解耦算法。如今，触觉传感器正在成为推动具身智能应用发展的关键驱动力：在灵巧手方面，触觉传感器帮助机器人实时感知抓取物体的力学状态，避免过度施力造成损坏，并通过摩擦与滑动信息实现稳定操作；在电子皮肤方面，柔性大面积触觉传感器能够赋予机器人全身感知能力，不仅用于安全防护和环境交互，还能通过多点触觉信息融合，提升机器人在复杂环境下的自适应能力。本课程详细讲授触觉传感器基础知识、关键技术、具身智能应用。

课程提纲：

1. 触觉传感器概述；

2. 仿生触觉传感原理；

3. 触觉传感器关键技术：多物理量解耦及超分辨技术；

4. 触觉传感器的具身智能应用：灵巧手、电子皮肤；

5. 触觉传感器技术总结与展望。

课程十一：视触觉传感器技术及机器人应用

老师：上海交通大学 副教授 胡开明（点此查看老师简介）

生物体通过感觉受体将外界刺激转化为神经信号，从而构建对环境的认知。其中，触觉和视觉是人类及哺乳动物获取信息的两个重要途径。触觉在黑暗环境中具有识别优势，但在空间分辨率和检测范围方面存在局限性；视觉则可提供高空间分辨率信息，却容易受到光照条件和复杂环境的影响。为结合两种感官的优势，研究人员开发出了可测量多种物理量（例如变形、力和滑动）的视触觉传感器（VBTS）——其利用光学方法从图像中提取接触信息，实现高空间分辨率触觉感知。由于采用光学方式进行信息传输，视触觉传感器不易受到电磁干扰，并且无需设计复杂的传感器阵列。相较于单纯的视觉感知，视触觉传感器的一个显著优势在于受遮挡、视野限制和光照不足等因素的影响较小，因而在实际应用中具有更高的可靠性和稳定性。作为一种创新的传感器，视触觉传感器拥有值得称赞的性能指标，并已在众多领域得到了广泛应用。本课程讲解近年来视触觉传感器从传感机制到应用场景的重大进展，注重阐述视触觉传感器的性能参数评估体系，包括关键性能指标（例如量程、空间分辨率、灵敏度等）、误差、时间参数、稳定性以及小型化等方面，以及传感器硬件和软件设计中提升性能的新策略。本课程还会介绍视触觉传感器目前的感知能力和机器人应用场景，例如物品识别、抓握控制、材料属性检测以及多模态感知。

课程提纲：

1. 视触觉传感器技术研究背景；

2. 视触觉传感器感知能力；

3. 视触觉传感器性能评价指标；

4. 视触觉传感器硬件设计；

5. 视触觉传感器软件设计：感知算法；

6. 视触觉传感器在机器人领域的应用；

7. 基于仿生褶皱的视触觉传感器及其爬行机器人应用。

六、培训报名及培训赞助咨询

报名咨询：请发送电子邮件至BISainan@MEMSConsulting.com，邮件题目格式为：报名+力学传感器及触觉感知+单位简称+人数。

培训赞助：请致电联系毕女士（18921125675），或麦姆斯咨询固话（0510-83481111）。

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联系人：毕女士
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E-mail：BISainan@MEMSConsulting.com