让人形机器人像人一样去感知，这家国产芯片公司选择从信号链入手

电子发烧友网报(bào)道(dào)（文/吴(wú)子(zi)鹏(péng)）人形机器人的感知系统，作为其与物理世界交(jiāo)互(hù)的(de)关键窗(chuāng)口(kǒu)，极(jí)大(dà)程(chéng)度(dù)上(shàng)决(jué)定(dìng)了(le)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)智(zhì)能(néng)化(huà)水(shuǐ)平(píng)与(yǔ)应(yīng)用(yòng)价(jià)值(zhí)。借(jiè)助(zhù)多(duō)模(mó)态(tài)传(chuán)感(gǎn)器(qì)融(róng)合(hé)，人(rén)形(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)有(yǒu)望(wàng)实(shí)现(xiàn)比(bǐ)肩(jiān)甚(shén)至(zhì)超(chāo)越(yuè)人(rén)类(lèi)的(de)感(gǎn)知(zhī)能(néng)力(lì)。

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在(zài)电(diàn)子(zi)发(fā)烧(shāo)友(you)网(wǎng)《人(rén)形(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)电(diàn)机(jī)控(kòng)制(zhì)和(hé)传(chuán)感(gǎn)器(qì)》专(zhuān)题(tí)中(zhōng)，芯(xīn)海(hǎi)科(kē)技(jì)模(mó)拟信号链产品线总经理李晓在接受电子发烧友网采访时指出，人形机器人的发展将如同汽车一般，成长为一个规模庞大的产业，进而催生出广泛的芯片需求，涵盖控制、传感、驱动等多个领域。在感知层面，人类能够全方位感知环境，未来人形机器人的感知能力将接近并超越人类。芯海科技凭借 20 多年对全信号链技术的深入钻研，构建了覆盖环境、人机、生理、设备四大维度的智能化解决方案，助力新兴的人形机器人打造具备领先性能的感知反馈系统。​

芯海科技信号链应用全景图，图源：芯海科技

构建具备类人感知能力的灵巧手​

人形机器人的感知范畴极为广泛，例如多模态感知融合，通过整合视觉、触觉、嗅觉等多维度传感器，构建类人的感知体系；又如触觉、嗅觉等类人感觉模拟，借助基于芯片的感知信号链，模拟人类神经元的反应。​

现阶段，人形机器人迫切需要两种关键感知能力：一是对环境的全方位感知，二是拥有一双能够灵敏感知的灵巧手。李晓透露，芯海科技的压力触觉技术可模拟人类触觉反馈，提升人形机器人“电子皮肤”的性能和交互自然性。目前，公司在压阻式和电容式触觉感知方面均拥有成熟的方案体系，并已广泛应用于各类人机交互场景，能够迅速迁移至灵巧手的电子皮肤应用中。​

从方案构成来看，灵巧手电子皮肤主要依托柔性传感器阵列实现。将压阻式/电容式柔性传感器阵列覆盖于指尖、手掌等部位，融合压力、温度等多维度信息，塑造灵巧手对触碰物体的 “握感” 与 “感受”。​

当前，灵巧手电子皮肤的设计面临诸多挑战，其中结构与功能的矛盾尤为突出，即在柔性与性能之间寻求平衡。具体而言，在柔性保护层中嵌入传感器时，需兼顾灵敏度与耐用性；同时，多指多关节结构导致传感器布线与信号同步困难。​

李晓强调，若要实现灵巧手的大规模落地，必须妥善解决上述挑战，这需要芯片、材料、算法、方案等多领域厂商协同合作。据芯海科技的传感器合作伙伴反馈，无论是基于压阻式还是电容式实现，灵巧手对电子皮肤的核心需求始终是柔性化。从芯片角度而言，柔性方案要求在传感器阵列中实现大量传感器的协同工作。方案的灵敏度由阵列中的多个感知点设定，由于电子皮肤形状不规则，这些感知点也呈不规则分布。然而，出于算法处理的需要，需将这些非规则的感知点尽可能归纳到规则的网格中。一方面，这种设计需要高精度的 ADC 芯片来提升信号采集质(zhì)量；另一方面，ADC 与传感器需紧密配合，在保持高精度的同时确保高采样速度，有时甚至需要调整 ADC 的产品架构以更好地满足这一需求。

如下图所示，芯海科技 CS12 系列高精度 ADC 拥有丰富的产品系列，凭借高精度、高输入阻抗、低增益误差漂移、低功耗等特性，是众多应用领域的理想选择。以 CS1232 为例，其是一款高精度 24 位 Sigmal-Delta ADC，内部集成低噪声仪用放大器，集成 RC 振荡器，最高有效精度(ENOB)可达 23.5 位，可广泛应用于高精度测量领域。芯海科技在汽车、工业、能源等领域积累了大量的高精度 ADC 应用经验，可快速移植到人形机器人领域。

芯(xīn)海(hǎi)科(kē)技(jì)高(gāo)精(jīng)度(dù) ADC 产(chǎn)品(pǐn)矩(ju)阵(zhèn)，图(tú)源(yuán)：芯(xīn)海(hǎi)科(kē)技(jì)

李(li)晓(xiǎo)指(zhǐ)出(chū)，电(diàn)子(zi)皮(pí)肤(fū)设(shè)计(jì)还(hái)有(yǒu)另(lìng)一(yī)关键挑(tiāo)战(zhàn) —— 低(dī)功(gōng)耗(hào)设(shè)计(jì)。高(gāo)密(mì)度(dù)传(chuán)感(gǎn)器(qì)阵(zhèn)列(liè)及(jí)信(xìn)号(hào)处(chù)理(lǐ)模(mó)块(kuài)能(néng)耗(hào)较(jiào)高(gāo)，必(bì)须(xū)开(kāi)发(fā)低(dī)功(gōng)耗(hào)芯(xīn)片(piàn)，否(fǒu)则(zé)在(zài)以(yǐ)电(diàn)池(chí)供(gōng)电(diàn)为(wèi)主的(de)应(yīng)用(yòng)场(chǎng)景(jǐng)中(zhōng)难(nán)以(yǐ)普(pǔ)及(jí)，而(ér)人(rén)形(xíng)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)广(guǎng)泛(fàn)应(yīng)用(yòng)恰(qià)恰(qià)主要(yào)依(yī)赖(lài)电(diàn)池(chí)供(gōng)电(diàn)。“芯(xīn)海(hǎi)的(de)信(xìn)号(hào)链(liàn)产(chǎn)品(pǐn)在(zài)保(bǎo)持(chí)高(gāo)精(jīng)度(dù)和(hé)高(gāo)速(sù)的(de)同(tóng)时(shí)，在(zài)低(dī)功(gōng)耗(hào)方(fāng)面(miàn)积(jī)累(lèi)了(le)丰(fēng)富(fù)的(de)技(jì)术(shù)储(chǔ)备(bèi)。例(lì)如(rú)，针(zhēn)对(duì)智(zhì)能(néng)手(shǒu)机(jī)等(děng)产(chǎn)品(pǐn)市(shì)场(chǎng)，芯(xīn)海(hǎi)很(hěn)早(zǎo)就(jiù)对(duì) 3D Touch 这(zhè)种(zhǒng)阵(zhèn)列(liè)式(shì)产(chǎn)品(pǐn)形(xíng)态(tài)展(zhǎn)开(kāi)低(dī)功(gōng)耗(hào)研(yán)究(jiū)，并(bìng)拥(yōng)有(yǒu)多(duō)项(xiàng)专(zhuān)利(lì)技(jì)术(shù)。可(kě)以(yǐ)说(shuō)，低(dī)功(gōng)耗(hào)是(shì)芯(xīn)海(hǎi)信(xìn)号(hào)链(liàn)产(chǎn)品(pǐn)的(de)显(xiǎn)著(zhe)特(tè)点(diǎn)之(zhī)一(yī)。”​

边缘 AI 成为未来发展趋势​

从整体感知系统来看，灵巧手作为人形机器人的末端感知系统，需实现实时感知、处理与反馈，将触觉传感器数据直接映射至驱动系统，达成抓握力的闭环控制。因此，李晓认为，边缘 AI 方案将成为灵巧手感知系统未来发展的主流方向，这就要求更智能的信号链方案与之适配。​

在实现类人控制时，人形机器人的许多感知控制并非以集成式实现，而是在边缘以分布式方式完成。芯海的技术核心在于 “ADC + MCU” 模数混合技术及 AI 算法，通过 “感知、计算、控制、连接、电源管理” 全链路整合，提供芯片、算法、应用方案及 AIoT 等一站式解决方案，助力目标应用构建从数据采集到决策执行的完整闭环，实现对物理世界的多维数字化映射。
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李晓特别说明，芯海 “ADC + MCU” 方案中的 MCU 并非普通 MCU，而是定制了诸多数字电路，针对目标场景进行了专门的逻辑控制设计。这种设计在推动边缘 AI 发展的同时，能够保持行业领先的低功耗特性。​

“未来，人形机器人的感知能力必将超越人类，整个人形机器人的 AI 能力也将迎来质的飞跃。但这种能力提升必须以低功耗为前提，使其摆脱线缆(lǎn)束(shù)缚(fù)。对(duì)于(yú)人(rén)形(xíng)机器人或灵巧手应用而言，需要构建更多通道、更多维度且更低功耗的感知系统。” 李晓最后总结道。​