超真实电子皮肤

人类皮肤不是一个简单的平面结构，而是包括表皮层、真皮层和皮下组织，每一层都有不同的功能和特性。2024 年6 月，清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组从人类皮肤的精妙结构中获得了灵感，在国际上首次研制出一种全新的电子皮肤系统。它不仅模仿了人类皮肤的3 层结构，还复制了皮肤内部感受器的三维分布，实现了电子皮肤从平面到立体的飞跃。

感知精度接近皮肤

就像人类皮肤一样，我国科学家研发的这种新型电子皮肤系统也由“表皮层”“真皮层”和“皮下组织”组成。最外面的“表皮层”柔软而敏感，像我们皮肤的表皮层一样能够快速感知轻微的触碰。位于中间的“真皮层”包含了大部分传感元件，负责精确识别压力和摩擦力。最内层的“皮下组织”主要负责感知皮肤的整体变形情况，就像我们感觉到皮肤被拉伸或压缩一样。

实际上，这种电子皮肤系统是一种模仿人类皮肤感知功能的新型传感器，当与外界物体接触时，其内部的传感器会协同工作、收集信号。它在微小的尺寸内集成了惊人的传感器数量，这与人体皮肤中触觉感受细胞的分布极为相似。例如，仅食指指尖大小的区域内就分布着240 个金属传感器，每个的大小仅有两三百微米。

这些传感器采用独特的八臂笼状结构设计，能更好地捕捉外部刺激。力传感单元位于“笼子”的上部，更靠近皮肤系统表面，对外部压力极其敏感，能够精确感知轻微的触摸。应变传感器主要对皮肤的拉伸敏感，位于底部的拱形结构上，与力传感单元保持一定距离，不受压力干扰。独特的三维布局让电子皮肤能够同时感知并区分压力、剪切力和应变等，感知精度可以达到 0.1 毫米，非常接近人类皮肤。

灵敏感知刺激

对于电子皮肤系统来说，光有精密的传感器是不够的，还需要一个“神经中枢”来理解这些数据。科学家使用了先进的深度学习算法，让计算机能够快速解读和处理这些复杂的信号，使电子皮肤可以感知物体的存在，还能够精确判断物体的软硬和形状。

这种电子皮肤能使机器人仅仅通过触摸，就能分辨番茄是硬的还是已经变软了。这种神奇的能力为未来的智能设备开辟了无限可能。

应用前景广阔

这种电子皮肤系统在多个领域有着广阔的应用前景。

在医疗领域，用它制作的超级灵敏的医疗手套能够帮助医生进行早期诊断，感知人们难以察觉的微小肿块或组织异常。

在智能假肢领域，这种电子皮肤系统能让失去肢体的人重新获得触觉，像正常人一样感受爱人手中的温度或孩子脸颊的柔软。

在工业领域，装配线上的机器人如同有着灵巧双手的工匠，在处理精细零件时更加仔细、小心。也许在不久的将来，你和机器人握手时，便能感觉到对方手上的温柔。

（责任编辑：陆艳）