【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】電子皮膚能夠模仿人體皮膚的物理特性和感知能力，在自動化生產(chǎn)、元宇宙、醫(yī)療診斷、機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。近日，北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院韓夢迪研究員課題組在Science Advances雜志發(fā)表文章，報(bào)道了一套三維柔性模塊化的電子皮膚，能夠?qū)囟?、法向力、剪切力?shí)現(xiàn)精確、無遲滯的檢測與解耦，可應(yīng)用于皮膚界面壓力的無線測量、生物力學(xué)信號的連續(xù)監(jiān)測等領(lǐng)域。
 

圖1. 基于微型三維應(yīng)變片的電子皮膚
 

　　該電子皮膚基于微型三維柔性應(yīng)變片來實(shí)現(xiàn)觸覺信息的感知。如圖1A所示，通過在微型應(yīng)變片表面沉積一層具有內(nèi)應(yīng)力的材料，可以使應(yīng)變片向上卷曲，形成三維結(jié)構(gòu)，即三維微型應(yīng)變片。與傳統(tǒng)的平面應(yīng)變片相比，這種三維應(yīng)變片能夠有效感知法向力。進(jìn)一步地，通過制備四個(gè)正交的三維應(yīng)變片，則可以對法向力、剪切力進(jìn)行解耦。這些微型三維應(yīng)變片的制備方法與光刻等微電子工藝兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)高密度的觸覺傳感陣列，所制備的電子皮膚空間密度可達(dá)360cm-2，超過了人手指尖觸覺感受器的空間密度。
 

圖2. 觸覺傳感系統(tǒng)對皮膚表面觸覺信息的空間映射
 

　　此外，這些微型三維應(yīng)變片能夠與大面積的柔性電路板進(jìn)行集成，形成大面積的柔性電子皮膚。如圖2A、B所示，大面積柔性電子皮膚可以保型貼附于皮膚表面，實(shí)時(shí)測量皮膚界面所受到的法向力與剪切力的空間分布情況。相關(guān)技術(shù)還可應(yīng)用在機(jī)器人領(lǐng)域，助力機(jī)器人觸覺感知、人形機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展。
 

　　該工作以“Three-dimensional micro strain gauges as flexible, modular tactile sensors for versatile integration with micro- and macroelectronics”為題，于2024年8月21日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Science Advances。北京大學(xué)博士生徐晨為第一作者，博士生王毅然為共同第一作者，韓夢迪為文章的通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金(No. 62104009)、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(No. 2023YFB3208100)、北京大學(xué)新工科交叉專項(xiàng)和北京大學(xué)微納加工實(shí)驗(yàn)室校級平臺(Peking Nanofab)的支持。