讓人形機(jī)器人像人一樣去感知，這家國(guó)產(chǎn)芯片公司選擇從信號(hào)鏈入手

芯?？萍夹盘?hào)鏈應(yīng)用全景圖，圖源：芯海科技

構(gòu)建具備類(lèi)人感知能力的靈巧手?

人形機(jī)器人的感知范疇極為廣泛，例如多模態(tài)感知融合，通過(guò)整合視覺(jué)、觸覺(jué)、嗅覺(jué)等多維度傳感器，構(gòu)建類(lèi)人的感知體系；又如觸覺(jué)、嗅覺(jué)等類(lèi)人感覺(jué)模擬，借助基于芯片的感知信號(hào)鏈，模擬人類(lèi)神經(jīng)元的反應(yīng)。?

現(xiàn)階段，人形機(jī)器人迫切需要兩種關(guān)鍵感知能力：一是對(duì)環(huán)境的全方位感知，二是擁有一雙能夠靈敏感知的靈巧手。李曉透露，芯?？萍嫉膲毫τ|覺(jué)技術(shù)可模擬人類(lèi)觸覺(jué)反饋，提升人形機(jī)器人“電子皮膚”的性能和交互自然性。目前，公司在壓阻式和電容式觸覺(jué)感知方面均擁有成熟的方案體系，并已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)人機(jī)交互場(chǎng)景，能夠迅速遷移至靈巧手的電子皮膚應(yīng)用中。?

從方案構(gòu)成來(lái)看，靈巧手電子皮膚主要依托柔性傳感器陣列實(shí)現(xiàn)。將壓阻式/電容式柔性傳感器陣列覆蓋于指尖、手掌等部位，融合壓力、溫度等多維度信息，塑造靈巧手對(duì)觸碰物體的 “握感” 與 “感受”。?

當(dāng)前，靈巧手電子皮膚的設(shè)計(jì)面臨諸多挑戰(zhàn)，其中結(jié)構(gòu)與功能的矛盾尤為突出，即在柔性與性能之間尋求平衡。具體而言，在柔性保護(hù)層中嵌入傳感器時(shí)，需兼顧靈敏度與耐用性；同時(shí)，多指多關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致傳感器布線(xiàn)與信號(hào)同步困難。?

李曉強(qiáng)調(diào)，若要實(shí)現(xiàn)靈巧手的大規(guī)模落地，必須妥善解決上述挑戰(zhàn)，這需要芯片、材料、算法、方案等多領(lǐng)域廠(chǎng)商協(xié)同合作。據(jù)芯?？萍嫉膫鞲衅骱献骰锇榉答?，無(wú)論是基于壓阻式還是電容式實(shí)現(xiàn)，靈巧手對(duì)電子皮膚的核心需求始終是柔性化。從芯片角度而言，柔性方案要求在傳感器陣列中實(shí)現(xiàn)大量傳感器的協(xié)同工作。方案的靈敏度由陣列中的多個(gè)感知點(diǎn)設(shè)定，由于電子皮膚形狀不規(guī)則，這些感知點(diǎn)也呈不規(guī)則分布。然而，出于算法處理的需要，需將這些非規(guī)則的感知點(diǎn)盡可能歸納到規(guī)則的網(wǎng)格中。一方面，這種設(shè)計(jì)需要高精度的 ADC 芯片來(lái)提升信號(hào)采集質(zhì)量；另一方面，ADC 與傳感器需緊密配合，在保持高精度的同時(shí)確保高采樣速度，有時(shí)甚至需要調(diào)整 ADC 的產(chǎn)品架構(gòu)以更好地滿(mǎn)足這一需求。

如下圖所示，芯海科技 CS12 系列高精度 ADC 擁有豐富的產(chǎn)品系列，憑借高精度、高輸入阻抗、低增益誤差漂移、低功耗等特性，是眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。以 CS1232 為例，其是一款高精度 24 位 Sigmal-Delta ADC，內(nèi)部集成低噪聲儀用放大器，集成 RC 振蕩器，最高有效精度(ENOB)可達(dá) 23.5 位，可廣泛應(yīng)用于高精度測(cè)量領(lǐng)域。芯?？萍荚谄?chē)、工業(yè)、能源等領(lǐng)域積累了大量的高精度 ADC 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可快速移植到人形機(jī)器人領(lǐng)域。

芯?？萍几呔?ADC 產(chǎn)品矩陣，圖源：芯?？萍?/p>

李曉指出，電子皮膚設(shè)計(jì)還有另一關(guān)鍵挑戰(zhàn) —— 低功耗設(shè)計(jì)。高密度傳感器陣列及信號(hào)處理模塊能耗較高，必須開(kāi)發(fā)低功耗芯片，否則在以電池供電為主的應(yīng)用場(chǎng)景中難以普及，而人形機(jī)器人的廣泛應(yīng)用恰恰主要依賴(lài)電池供電?！靶竞５男盘?hào)鏈產(chǎn)品在保持高精度和高速的同時(shí)，在低功耗方面積累了豐富的技術(shù)儲(chǔ)備。例如，針對(duì)智能手機(jī)等產(chǎn)品市場(chǎng)，芯海很早就對(duì) 3D Touch 這種陣列式產(chǎn)品形態(tài)展開(kāi)低功耗研究，并擁有多項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)?？梢哉f(shuō)，低功耗是芯海信號(hào)鏈產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)之一?！?

邊緣 AI 成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)?

從整體感知系統(tǒng)來(lái)看，靈巧手作為人形機(jī)器人的末端感知系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、處理與反饋，將觸覺(jué)傳感器數(shù)據(jù)直接映射至驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)成抓握力的閉環(huán)控制。因此，李曉認(rèn)為，邊緣 AI 方案將成為靈巧手感知系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主流方向，這就要求更智能的信號(hào)鏈方案與之適配。?

在實(shí)現(xiàn)類(lèi)人控制時(shí)，人形機(jī)器人的許多感知控制并非以集成式實(shí)現(xiàn)，而是在邊緣以分布式方式完成。芯海的技術(shù)核心在于 “ADC + MCU” 模數(shù)混合技術(shù)及 AI 算法，通過(guò) “感知、計(jì)算、控制、連接、電源管理” 全鏈路整合，提供芯片、算法、應(yīng)用方案及 AIoT 等一站式解決方案，助力目標(biāo)應(yīng)用構(gòu)建從數(shù)據(jù)采集到?jīng)Q策執(zhí)行的完整閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的多維數(shù)字化映射。
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李曉特別說(shuō)明，芯海 “ADC + MCU” 方案中的 MCU 并非普通 MCU，而是定制了諸多數(shù)字電路，針對(duì)目標(biāo)場(chǎng)景進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的邏輯控制設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)在推動(dòng)邊緣 AI 發(fā)展的同時(shí)，能夠保持行業(yè)領(lǐng)先的低功耗特性。?

“未來(lái)，人形機(jī)器人的感知能力必將超越人類(lèi)，整個(gè)人形機(jī)器人的 AI 能力也將迎來(lái)質(zhì)的飛躍。但這種能力提升必須以低功耗為前提，使其擺脫線(xiàn)纜束縛。對(duì)于人形機(jī)器人或靈巧手應(yīng)用而言，需要構(gòu)建更多通道、更多維度且更低功耗的感知系統(tǒng)?！?李曉最后總結(jié)道。?