未来技术学院韩梦迪课题组在电子皮肤与触觉传感方面取得进展

电子皮肤能够模仿人体皮肤的物理特性和感知能力，在自动化生产、元宇宙、医疗诊断、机器人等领域具有重要应用价值。近日，北京大学未来技术学院韩梦迪研究员课题组在Science Advances杂志发表文章，报道了一套三维柔性模块化的电子皮肤，能够对温度、法向力、剪切力实现精确、无迟滞的检测与解耦，可应用于皮肤界面压力的无线测量、生物力学信号的连续监测等领域。

图1. 基于微型三维应变片的电子皮肤

该电子皮肤基于微型三维柔性应变片来实现触觉信息的感知。如图1A所示，通过在微型应变片表面沉积一层具有内应力的材料，可以使应变片向上卷曲，形成三维结构，即三维微型应变片。与传统的平面应变片相比，这种三维应变片能够有效感知法向力。进一步地，通过制备四个正交的三维应变片，则可以对法向力、剪切力进行解耦。这些微型三维应变片的制备方法与光刻等微电子工艺兼容，能够实现高密度的触觉传感阵列，所制备的电子皮肤空间密度可达360cm^-2，超过了人手指尖触觉感受器的空间密度。

图2. 触觉传感系统对皮肤表面触觉信息的空间映射

此外，这些微型三维应变片能够与大面积的柔性电路板进行集成，形成大面积的柔性电子皮肤。如图2A、B所示，大面积柔性电子皮肤可以保型贴附于皮肤表面，实时测量皮肤界面所受到的法向力与剪切力的空间分布情况。相关技术还可应用在机器人领域，助力机器人触觉感知、人形机器人等领域的发展。

该工作以“Three-dimensional micro strain gauges as flexible, modular tactile sensors for versatile integration with micro- and macroelectronics”为题，于2024年8月21日在线发表于学术期刊Science Advances。北京大学博士生徐晨为第一作者，博士生王毅然为共同第一作者，韩梦迪为文章的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（No. 62104009）、国家重点研发计划（No. 2023YFB3208100）、北京大学新工科交叉专项和北京大学微纳加工实验室校级平台（Peking Nanofab）的支持。