超真實電子皮膚

人類皮膚不是一個簡單的平面結構，而是包括表皮層、真皮層和皮下組織，每一層都有不同的功能和特性。2024 年6 月，清華大學航天航空學院、柔性電子技術實驗室張一慧教授課題組從人類皮膚的精妙結構中獲得了靈感，在國際上首次研制出一種全新的電子皮膚系統。它不僅模仿了人類皮膚的3 層結構，還復制了皮膚內部感受器的三維分布，實現了電子皮膚從平面到立體的飛躍。

感知精度接近皮膚

就像人類皮膚一樣，我國科學家研發的這種新型電子皮膚系統也由“表皮層”“真皮層”和“皮下組織”組成。最外面的“表皮層”柔軟而敏感，像我們皮膚的表皮層一樣能夠快速感知輕微的觸碰。位于中間的“真皮層”包含了大部分傳感元件，負責精確識別壓力和摩擦力。最內層的“皮下組織”主要負責感知皮膚的整體變形情況，就像我們感覺到皮膚被拉伸或壓縮一樣。

實際上，這種電子皮膚系統是一種模仿人類皮膚感知功能的新型傳感器，當與外界物體接觸時，其內部的傳感器會協同工作、收集信號。它在微小的尺寸內集成了驚人的傳感器數量，這與人體皮膚中觸覺感受細胞的分布極為相似。例如，僅食指指尖大小的區域內就分布著240 個金屬傳感器，每個的大小僅有兩三百微米。

這些傳感器采用獨特的八臂籠狀結構設計，能更好地捕捉外部刺激。力傳感單元位于“籠子”的上部，更靠近皮膚系統表面，對外部壓力極其敏感，能夠精確感知輕微的觸摸。應變傳感器主要對皮膚的拉伸敏感，位于底部的拱形結構上，與力傳感單元保持一定距離，不受壓力干擾。獨特的三維布局讓電子皮膚能夠同時感知并區分壓力、剪切力和應變等，感知精度可以達到 0.1 毫米，非常接近人類皮膚。

靈敏感知刺激

對于電子皮膚系統來說，光有精密的傳感器是不夠的，還需要一個“神經中樞”來理解這些數據。科學家使用了先進的深度學習算法，讓計算機能夠快速解讀和處理這些復雜的信號，使電子皮膚可以感知物體的存在，還能夠精確判斷物體的軟硬和形狀。

這種電子皮膚能使機器人僅僅通過觸摸，就能分辨番茄是硬的還是已經變軟了。這種神奇的能力為未來的智能設備開辟了無限可能。

應用前景廣闊

這種電子皮膚系統在多個領域有著廣闊的應用前景。

在醫療領域，用它制作的超級靈敏的醫療手套能夠幫助醫生進行早期診斷，感知人們難以察覺的微小腫塊或組織異常。

在智能假肢領域，這種電子皮膚系統能讓失去肢體的人重新獲得觸覺，像正常人一樣感受愛人手中的溫度或孩子臉頰的柔軟。

在工業領域，裝配線上的機器人如同有著靈巧雙手的工匠，在處理精細零件時更加仔細、小心。也許在不久的將來，你和機器人握手時，便能感覺到對方手上的溫柔。

（責任編輯：陸艷）