我國科學家研制出首款具仿生三維架構的電子皮膚

清華大學航天航空學院、柔性電子技術實驗室張一慧教授課題組在國際上首次研制出具有仿生三維架構的新型電子皮膚系統(tǒng)，可在物理層面實現(xiàn)對壓力、摩擦力和應變三種力學信號的同步解碼和感知，對壓力位置的感知分辨率約為0.1毫米，接近于真實皮膚。該成果日前在國際學術期刊《科學》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。（圖片來源：新華社）

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布的觸覺感受細胞，能準確感知外界刺激。在電子皮膚研制中，要能同時識別和解碼壓力、摩擦力和應變信號，實現(xiàn)準確的觸覺感知，極具挑戰(zhàn)。

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個金屬傳感器，這些傳感器每個僅有兩三百微米，其空間分布上與人體皮膚中觸覺感受細胞的分布相近。”張一慧說，當電子皮膚觸摸外界物體時，其內部眾多傳感器會協(xié)同工作。傳感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。（圖片來源：新華社）

“電子皮膚實際上是模仿人類皮膚感知功能的一種新型傳感器，未來可裝于醫(yī)療機器人指尖進行早期診療，還可像創(chuàng)口貼一樣貼在人的皮膚上實時監(jiān)測血氧、心率等健康數(shù)據(jù)。”張一慧認為，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(yī)療、人機交互等多方面具有廣闊應用前景。