在智能设备与日常生活无缝融合的今天，类电子皮肤（e-skin）的柔性传感器因其在触觉传感、人工智能、健康监测和人机交互中的潜力而备受关注。这些传感器必须能够附着在不平整的表面，承受持续的机械应力，并展现出高灵敏度、线性度和快速响应能力。近日，我院赵宏伟教授、马志超教授团队在自供电传感技术领域取得进展，开发了一种自驱动柔性电子皮肤触觉传感器，该传感器能够实现对三维力的检测，包括垂直压力和切向力。
传统的柔性传感器虽然在压电效应、电容和压阻效应等方面取得了重大进展，但往往因制造过程复杂、成本高、可扩展性和灵活性有限而受到限制。此外，现有的柔性可穿戴传感器大都仅能检测正向压力，难以复制人类指尖皮肤感知表面切向摩擦力的能力，限制了功能性电子皮肤传感器的应用范围和深度。针对这些挑战，研究团队提出了一种简单、经济的方法，生产出一种新型的粘附性强、与皮肤适应性好的柔性传感器。该传感器利用摩擦电效应和静电感应现象，能够同时采集生物力学能量并检测法向压力和切向摩擦力。
图1：柔性电子皮肤触觉传感器的设计和应用场景
研发的传感器具备高灵敏度、高线性度、快速响应和卓越稳定性，为机器人电子皮肤监测和分析系统提供了原型，结合人工神经网络技术提高了识别准确率。此外，传感器能够实时监测生理信号，如手腕脉搏检测和语音识别。在一系列个性化监测场景中，包括手写识别、步数统计和呼吸监测，传感器出色的表现，进一步证实了其感知能力。这种新型柔性传感器，凭借其自驱动和双模式压力传感的特性，在机器人生物模拟电子皮肤、健康监测、动作感知和人机交互设备等领域具有广泛的应用前景。
图2：柔性传感器在人体微小动作检测中的应用
论文得到国家自然科学基金原创探索计划项目、重大研究计划重点项目和国家重点研发计划项目的资助，以“Self-powered Flexible Electronic Skin Tactile Sensor with 3D Force Detection”为题在线发表于国际期刊Materials Today上。我院直博生刘继泽为论文的第一作者，马志超教授为论文的通讯作者，任露泉院士和赵宏伟教授给予了理论指导和技术支持。
论文链接: https://doi.org/10.1016/j.mattod.2024.10.011
