我国科学家研制出全球首块具备触觉认知能力的电子皮肤

皮肤作为人体最大的器官，其内部密布着高密度且三维分布的触觉感受细胞，能够精确捕捉外界的各种力学刺激。然而，在电子皮肤的研发过程中，如何模拟并超越这一复杂而精细的感知机制，一直是科学家们面临的巨大挑战。
近日，清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组成功研制出全球首个具有仿生三维架构的新型电子皮肤系统。该电子皮肤系统以其独特的三维架构设计，实现了对压力、摩擦力和应变三种力学信号的同步解码与感知，对压力位置的感知分辨率约为0.1毫米，该精度几乎可以媲美真实皮肤，极大地提升了电子皮肤在触觉感知方面的精确性和灵敏度。目前该科研成果属于世界首个，相关论文发表在最新一期的国际学术期刊《科学》上。
张一慧教授团队首次提出具有三维架构的电子皮肤设计概念，这款仿生三维电子皮肤由精心设计的“表皮”、“真皮”和“皮下组织”三层结构组成，每一层都精心模拟了人体皮肤对应层的质地与功能。传感器及电路在皮肤内部以不同深度分布，形成了一个高度协同的感知网络。其中，靠近皮肤表面的传感器对外部作用力极为敏感，能够迅速捕捉到细微的触感变化；而深层的传感器则对皮肤的整体变形有着更为深刻的感知，两者相互配合，实现了对力学信号的全面捕捉与精准解析。
当电子皮肤与外界物体接触时，其内部的传感器阵列立即启动，协同工作，将收集到的复杂信号通过高效的传输与提取处理系统进行处理。结合先进的深度学习算法，这些信号被转化为对物体软硬、形状等特性的精确感知，使得电子皮肤具备了类似于人类皮肤的触觉认知能力。
张一慧认为，“电子皮肤实际上是模仿人类皮肤感知功能的一种新型传感器”，未来可装于医疗机器人指尖进行早期诊疗，还可像创可贴一样贴在人的皮肤上实时监测血氧、心率等健康数据。
传感器作为一种关键的技术设备，在工业、医疗、生物科学等领域发挥着重要作用。仿生三维电子皮肤的成功研制，不仅意味着对力学信号感知能力的显著提升，也为传感器技术的发展提供了新的思路和可能性。