清華大學研制出世界首款具仿生三維架構電子皮膚

科技日報北京6月5日電 （記者華凌）記者5日從清華大學獲悉，該校航天航空學院、柔性電子技術實驗室張一慧教授課題組，創新性研制出具有仿生三維架構的新型電子皮膚系統，可在物理層面實現對多種機械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。目前這一科研成果屬于世界首個，相關論文發表在最新一期的國際學術期刊《科學》上。

張一慧團隊提出一種具有三維架構的新型電子皮膚設計概念，其結構中的力與應變傳感器的三維分布效仿人類皮膚中梅克爾細胞和魯菲尼氏小體的空間分布形式，使該器件能夠從物理層面解耦地測量壓力、剪切力和應變。

據介紹，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。傳感器及電路主要位于“真皮”層中，其中，力傳感單元設計為八臂籠狀結構，傳感器位于籠狀結構上部，更靠近電子皮膚表面，因而對外部作用力高度敏感；應變傳感器位于器件底部的拱形結構上，在垂直高度上與力傳感單元上部的傳感器保持一定距離，因此，只對面內的拉伸應變敏感，幾乎不會受壓力的干擾。

基于此，研究人員結合深度機器學習算法，研制出只需通過觸摸便可同時測量物體模量及局部主曲率的先進觸覺系統，展示了其在判別食物新鮮程度等真實場景中的應用，體現其在物理量定量測量（如摩擦系數等）、人機交互等領域的應用潛力。