科学家开发出一种混合型机器人电子皮肤，将电阻抗断层成像（EIT）与气动压力传感相结合，旨在提升人形机器人大面积区域的力检测能力。
该研究成果已于2026年5月以预印本形式发布。系统利用电阻抗断层成像技术判断接触位置，同时借助四个密封气动垫估算施加的力的大小。
将两种传感方式结合，是为了弥补大面积EIT触觉传感器的一项固有缺陷——其灵敏度会因接触位置不同而产生差异。
在负载传感器压痕实验中，研究人员报告称，灵敏度不均匀性的变异系数从单独使用EIT时的0.31降低至混合传感方法下的0.14，说明在测试条件下灵敏度的波动幅度明显缩小。
原型结构与制造工艺
原型由刚性底座、四个软质气密垫、一层连续压阻层以及32个边界电极组成，各部件通过3D打印和喷涂工艺制造。
安装于人形机器人胸部的版本尺寸为280×280毫米，相比指尖尺度的触觉传感器，覆盖面积大幅提升，充分展示了该方案在大面积应用场景下的可行性。
系统通过预计算矩阵以100赫兹的频率重建EIT图像，采用吉洪诺夫正则化逆重建算法生成空间EIT图。四个气动垫分别根据真实力测量值进行独立标定，气动垫的数据随后用于对重建的电导率图像进行重新缩放。这种方式使EIT系统能够保留接触位置信息，同时借助气动测量结果改善力的大小估算精度。
两种技术各有所长
研究人员的方案充分发挥了两种技术的各自优势。
EIT能够判断柔性表面上电导率发生变化的位置，但其逆重建过程容易受到非线性、制造误差以及仿真与实际传感器行为之间差异等因素的影响。
气动传感提供了一种相对简便的总载荷测量方式，但无法单独判断接触发生在单个气室内的具体位置。
两者结合后，EIT负责提供空间位置信息，气压传感则提供合力测量结果，实现优势互补。
研究人员还在同一气动垫上依次在两个位置施加压力，对该电子皮肤进行了测试。结果显示，气压信号能够追踪接触点的合力，而EIT重建结果仍保留了各接触点的空间位置信息，表明单个气动垫在存在多个接触点时仍能估算总载荷，但气动传感系统本身无法区分每个接触点各自施加的力。
实际应用潜力与局限
上述能力对于在人员密集环境中工作的人形机器人及其他机器而言具有重要价值。大面积机器人电子皮肤需要在弧面和广阔体表上提供有效的接触信息，同时兼顾布线、制造工艺和实时处理等现实约束条件。混合传感方案的思路是将这些需求分配给两种互补技术，而非依赖单一传感器同时实现覆盖范围、位置定位和精确力测量。
目前该研究仍处于预印本和原型阶段，多项局限性尚待解决。论文指出，气动垫交叠区域附近灵敏度有所下降，由于当前传感融合方法在力估算上高度依赖气动测量，这些区域的误差可能影响重建结果。此外，人形机器人演示未将该电子皮肤接入闭环机器人安全系统进行测试，长期耐磨性、清洁维护、可修复性、温度漂移及使用寿命等商业化部署所需的实际指标也尚未评估。
100赫兹的数据仅针对EIT重建过程，并非机器人响应物理接触的完整反应时间，实际运行系统还需考虑传感器采集、通信传输、滤波处理、控制决策和执行器动作等各环节的延迟。
下一阶段，该技术需要将生成的力分布图与机器人行为相连接，并验证该传感方案能否提升感知接触的运动控制、碰撞响应、物理交互及意外接触后的恢复等能力。
这项研究为大面积触觉传感的传感融合方案提供了一种新思路——由不同技术分别处理物理交互的不同方面，有望为人形机器人实现全身触觉感知提供比单一传感机制更具实用性的路径。
Q&A
Q1：电阻抗断层成像（EIT）在机器人皮肤中是如何工作的？
A：EIT通过检测柔性表面上电导率的变化来判断接触发生的位置，系统以100赫兹的频率重建EIT图像，采用吉洪诺夫正则化逆重建算法生成空间分布图。但EIT的逆重建过程容易受到非线性、制造误差以及仿真与实际传感器行为差异等因素干扰，单独使用时灵敏度会因接触位置不同而存在明显波动。
Q2：气动传感和EIT结合后能解决什么问题？
A：两种技术各有短板：EIT能定位接触点但力估算不稳定，气动传感能测总载荷但无法确定具体接触位置。结合后，EIT负责提供空间位置信息，气动垫负责提供合力测量，互补配合使灵敏度不均匀性的变异系数从0.31降至0.14，有效减少了大面积传感中的灵敏度波动问题。
Q3：这种混合电子皮肤目前还有哪些不足？
A：目前存在多项局限：气动垫交叠区域灵敏度偏低；尚未接入机器人闭环安全系统测试；耐磨性、清洁维护、温度漂移和使用寿命等商业化指标均未评估；100赫兹仅为EIT重建速率，并不代表机器人的完整接触响应时间。整体研究仍处于预印本和原型阶段。
