【儀表網 研發快訊】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、元宇宙、醫療診斷、機器人等領域具有重要應用價值。近日，北京大學未來技術學院韓夢迪研究員課題組在Science Advances雜志發表文章，報道了一套三維柔性模塊化的電子皮膚，能夠對溫度、法向力、剪切力實現精確、無遲滯的檢測與解耦，可應用于皮膚界面壓力的無線測量、生物力學信號的連續監測等領域。
圖1. 基于微型三維應變片的電子皮膚
該電子皮膚基于微型三維柔性應變片來實現觸覺信息的感知。如圖1A所示，通過在微型應變片表面沉積一層具有內應力的材料，可以使應變片向上卷曲，形成三維結構，即三維微型應變片。與傳統的平面應變片相比，這種三維應變片能夠有效感知法向力。進一步地，通過制備四個正交的三維應變片，則可以對法向力、剪切力進行解耦。這些微型三維應變片的制備方法與光刻等微電子工藝兼容，能夠實現高密度的觸覺傳感陣列，所制備的電子皮膚空間密度可達360cm-2，超過了人手指尖觸覺感受器的空間密度。
圖2. 觸覺傳感系統對皮膚表面觸覺信息的空間映射
此外，這些微型三維應變片能夠與大面積的柔性電路板進行集成，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，實時測量皮膚界面所受到的法向力與剪切力的空間分布情況。相關技術還可應用在機器人領域，助力機器人觸覺感知、人形機器人等領域的發展。
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日在線發表于學術期刊Science Advances。北京大學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基金(No. 62104009)、國家重點研發計劃(No. 2023YFB3208100)、北京大學新工科交叉專項和北京大學微納加工實驗室校級平臺(Peking Nanofab)的支持。
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