北京大學在多功能電子皮膚研究中取得重要進展

　　電子皮膚作為一種模仿人類皮膚特性、具有傳感多種功能的新型電子器件，在便攜式電子設備、醫療健康以及機器人領域等具有廣闊的應用前景，近年來受到國內外學術界和工業界的廣泛關注。然而，當前電子皮膚往往專注于探測單一物理量，而人類皮膚卻能感受多種物理量，實現多種物理量同時探測成為電子皮膚研究的重要方向;同時，如何對電子皮膚進行有效的能量供給，也是該領域研究急需解決的關鍵問題。

　　近日，北京大學信息科學技術學院微納電子學研究院張海霞教授課題組通過研究模仿皮膚的生理結構，開發出一種集滑動探測、壓力探測和能量存儲于一體的多功能電子皮膚系統，成功解決了多功能集成和能量供給等問題。相關研究成果以“Hybrid porous micro structured finger skin inspired self-powered electronic skin system for pressure sensing and sliding detection”為題，發表于納米科學技術領域重要期刊Nano Energy上，博士研究生陳號天為論文第一作者，張海霞教授為通訊作者。

　　該電子皮膚系統以人類指尖的生理結構為啟發，模仿指紋結構，設計基于四電極螺旋電極的摩擦納米發電機，通過探測摩擦納米發電機的輸出頻率，進行滑動方向及距離的探測。這種基于摩擦輸出頻率的探測方法相比于基于幅值的探測方法，可以有效地避免外部環境比如溫度、濕度等因素的印象，提高傳感器的穩定性;通過模仿人體皮膚的真皮結構，創新地將微結構(微金字塔、微圓錐等)與多孔結構結合，制備得到導電的多孔復合微結構，大幅提升了壓阻傳感器的靈敏度(高達35.7 kPa-1);最后，利用織物制備柔性抗壓的超級電容器，為整個電子皮膚系統提供能量。通過將滑動傳感與壓力傳感耦合，該電子皮膚系統可以有效地探測復雜的行為活動，提供反饋多個維度的信號;同時，整個電子皮膚系統由超級電容器供能，無需外部供電，極大地增強了該電子皮膚系統的便捷性和可用性，展示了其在機器人傳感等領域的巨大潛力。

　　相關研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市科技計劃、北京市自然科學基金等資助。