我國科學(xué)家研制出首款具仿生三維架構的電子皮膚

清華大學(xué)航天航空學(xué)院、柔性電子技術(shù)實(shí)驗室張一慧教授課題組在國際上首次研制出具有仿生三維架構的新型電子皮膚系統，可在物理層面實(shí)現對壓力、摩擦力和應變三種力學(xué)信號的同步解碼和感知，對壓力位置的感知分辨率約為0.1毫米，接近于真實(shí)皮膚。該成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志上發(fā)表。

圖為裝有仿生三維電子皮膚的機械手與人手互動(dòng)。（圖片來(lái)源：新華社）

張一慧介紹，皮膚之所以能敏銳感知力學(xué)信號，是因為其內部有很多高密度排列且具有三維空間分布的觸覺(jué)感受細胞，能準確感知外界刺激。在電子皮膚研制中，要能同時(shí)識別和解碼壓力、摩擦力和應變信號，實(shí)現準確的觸覺(jué)感知，極具挑戰。

團隊首次提出具有三維架構的電子皮膚設計概念,研制出的仿生三維電子皮膚由“表皮”“真皮”和“皮下組織”構成，各部分質(zhì)地均與人體皮膚中的對應層相近。傳感器及電路在皮膚內深淺分布，其中部分傳感器更靠近皮膚表面，對外部作用力高度敏感，分布于深處的傳感器則對皮膚變形更為敏感。

“比如我們一塊食指指尖大小的電子皮膚內就擁有240個(gè)金屬傳感器，這些傳感器每個(gè)僅有兩三百微米，其空間分布上與人體皮膚中觸覺(jué)感受細胞的分布相近?！睆堃换壅f(shuō)，當電子皮膚觸摸外界物體時(shí)，其內部眾多傳感器會(huì )協(xié)同工作。傳感器收集到的信號會(huì )經(jīng)過(guò)系列傳輸和提取處理，再結合深度學(xué)習算法，使電子皮膚能精確感知物體的軟硬和形狀。

圖為仿生三維電子皮膚在觸摸檸檬感知其軟硬程度。（圖片來(lái)源：新華社）

“電子皮膚實(shí)際上是模仿人類(lèi)皮膚感知功能的一種新型傳感器，未來(lái)可裝于醫療機器人指尖進(jìn)行早期診療，還可像創(chuàng )口貼一樣貼在人的皮膚上實(shí)時(shí)監測血氧、心率等健康數據?！睆堃换壅J為，這款仿生三維電子皮膚為電子皮膚的研發(fā)和應用提供了新路徑，在工業(yè)機器人、生物檢測、生物醫療、人機交互等多方面具有廣闊應用前景。