我國科學家研製出首款具倣生三維架構的電子皮膚

清華大學航太航空學院、柔性電子技術實驗室張一慧教授課題組在國際上首次研製出具有倣生三維架構的新型電子皮膚系統，可在物理層面實現對壓力、摩擦力和應變三種力學信號的同步解碼和感知，對壓力位置的感知解析度約為0.1毫米，接近於真實皮膚。該成果日前在國際學術期刊《科學》雜誌上發表。

圖片來源：新華網

張一慧介紹，皮膚之所以能敏銳感知力學信號，是因為其內部有很多高密度排列且具有三維空間分佈的觸覺感受細胞，能準確感知外界刺激。在電子皮膚研製中，要能同時識別和解碼壓力、摩擦力和應變信號，實現準確的觸覺感知，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,研製出的倣生三維電子皮膚由“表皮”“真皮”和“皮下組織”構成，各部分質地均與人體皮膚中的對應層相近。感測器及電路在皮膚內深淺分佈，其中部分感測器更靠近皮膚表面，對外部作用力高度敏感，分佈于深處的感測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個金屬感測器，這些感測器每個僅有兩三百微米，其空間分佈上與人體皮膚中觸覺感受細胞的分佈相近。”張一慧説，當電子皮膚觸摸外界物體時，其內部眾多感測器會協同工作。感測器收集到的信號會經過系列傳輸和提取處理，再結合深度學習演算法，使電子皮膚能精確感知物體的軟硬和形狀。

圖片來源：新華網

“電子皮膚實際上是模倣人類皮膚感知功能的一種新型感測器，未來可裝于醫療機器人指尖進行早期診療，還可像創口貼一樣貼在人的皮膚上實時監測血氧、心率等健康數據。”張一慧認為，這款倣生三維電子皮膚為電子皮膚的研發和應用提供了新路徑，在工業機器人、生物檢測、生物醫療、人機交互等多方面具有廣闊應用前景。

（記者 魏夢佳）