全球首款！中國研製出具仿生三維架構電子皮膚

根據中國清華大學航太航空學院研究團隊在《科學》上刊登的最新論文，該校柔性電子技術實驗室教授張一慧帶領的團隊研製出仿生三維架構的新型電子皮膚系統，可在物理層面實現壓力、剪切力、應變等多種機械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，這一研究成果為全球首例。

《科技日報》報導，這種三維電子皮膚與皮膚結構類似，也由表皮、真皮和皮下組織組成且各層的有效模量與人體皮膚中的對應層相近，感測器及電路主要位於「真皮」層中，由於力感測單元設計為八臂籠狀結構，感測器位於籠狀結構上部，更靠近電子皮膚表面，因此對外部作用力高度敏感。應變感測器則位於器件底部的拱形結構上，在垂直高度與力感測單元上部的感測器保持一定距離。

根據張一慧介紹，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。

張一慧指出，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。當電子皮膚觸摸外界物體，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，讓電子皮膚能精確感知物體的軟硬和形狀。

他並表示，電子皮膚實際上是模仿人類皮膚感知功能的一種新型感測器，未來可裝於醫療機器人指尖進行早期診療，還可像 OK 蹦一樣貼在人體皮膚上監測血氧與心跳等健康數據。”

張一慧還認為，這款仿生三維電子皮膚為電子皮膚的研發和應用提供新的路徑，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。

復刻人類皮膚源自於自然演化的高階感知功能，是電子皮膚、機器人等尖端科學技術領域長期追求的目標。