中國教育在線
清華大學(xue)(xue)航天航空學(xue)(xue)院(yuan)、柔性電子(zi)技術實(shi)驗室張一慧教(jiao)授課題(ti)組在(zai)國際上首次研制(zhi)出具有仿生三維架構的新型電子(zi)皮膚(fu)(fu)系統，可在(zai)物理(li)層面(mian)實(shi)現對壓力(li)、摩(mo)擦力(li)和(he)應(ying)變三種力(li)學(xue)(xue)信號的同步解碼和(he)感知(zhi)，對壓力(li)位置(zhi)的感知(zhi)分(fen)辨率(lv)約(yue)為(wei)0.1毫(hao)米，接近于真實(shi)皮膚(fu)(fu)。該成果日前(qian)在(zai)國際學(xue)(xue)術期刊《科學(xue)(xue)》雜志上發表(biao)。
圖為裝有仿生三維電子皮膚的機械手與人手互動。(受訪者供圖)
張一慧介紹，皮膚(fu)之所以(yi)能敏銳感知力學信(xin)號，是因為其內(nei)部有很(hen)多高密度排列且具(ju)(ju)有三維空間分布的觸覺感受細胞，能準確感知外界刺激。在電(dian)子皮膚(fu)研制中，要能同時識別(bie)和解碼壓力、摩擦力和應變(bian)信(xin)號，實現準確的觸覺感知，極具(ju)(ju)挑戰(zhan)。
團(tuan)隊首次提出具有三維架構的(de)電(dian)(dian)子(zi)皮(pi)膚(fu)設計概念,研(yan)制(zhi)出的(de)仿生三維電(dian)(dian)子(zi)皮(pi)膚(fu)由“表皮(pi)”“真皮(pi)”和“皮(pi)下(xia)組織”構成，各部(bu)分質地(di)均與(yu)人(ren)體皮(pi)膚(fu)中(zhong)的(de)對(dui)(dui)應層相(xiang)近。傳感(gan)器(qi)及(ji)電(dian)(dian)路(lu)在皮(pi)膚(fu)內深淺分布，其中(zhong)部(bu)分傳感(gan)器(qi)更靠近皮(pi)膚(fu)表面，對(dui)(dui)外部(bu)作用力高(gao)度敏感(gan)，分布于(yu)深處的(de)傳感(gan)器(qi)則對(dui)(dui)皮(pi)膚(fu)變形更為敏感(gan)。
“比如我們一塊食指指尖(jian)大(da)小的電子皮(pi)(pi)膚(fu)內(nei)就(jiu)擁(yong)有240個(ge)金(jin)屬傳感(gan)器(qi)，這些傳感(gan)器(qi)每個(ge)僅(jin)有兩三百微米，其空間分布(bu)上與人體(ti)皮(pi)(pi)膚(fu)中觸(chu)覺感(gan)受細(xi)胞的分布(bu)相近。”張一慧說，當電子皮(pi)(pi)膚(fu)觸(chu)摸外界物體(ti)時，其內(nei)部眾(zhong)多傳感(gan)器(qi)會協同工作(zuo)。傳感(gan)器(qi)收集到的信號會經過系(xi)列傳輸和提(ti)取處理，再(zai)結合深度學習算法，使電子皮(pi)(pi)膚(fu)能精(jing)確感(gan)知(zhi)物體(ti)的軟硬和形狀。
圖為仿生三維電子皮膚在觸摸檸檬感知其軟硬程度。(受訪者供圖)
“電子皮膚實際上(shang)是模(mo)仿人類(lei)皮膚感(gan)知(zhi)功能(neng)的一種新(xin)型(xing)傳感(gan)器，未來可裝于醫療機器人指尖(jian)進行早期診療，還可像創口(kou)貼(tie)一樣(yang)貼(tie)在人的皮膚上(shang)實時(shi)監(jian)測血氧、心率等(deng)健康數據(ju)。”張(zhang)一慧認為，這款(kuan)仿生三維電子皮膚為電子皮膚的研發和應(ying)用提供了新(xin)路(lu)徑，在工業機器人、生物檢測、生物醫療、人機交互等(deng)多方(fang)面具有廣(guang)闊應(ying)用前(qian)景。
① 凡(fan)本(ben)站注(zhu)(zhu)明“稿件(jian)來源：中國(guo)(guo)教育在(zai)線”的所有文字(zi)、圖片和音視頻稿件(jian)，版權均屬本(ben)網所有，任(ren)何媒(mei)體、網站或個(ge)人未經(jing)本(ben)網協(xie)議授權不(bu)得轉載、鏈接、轉貼或以其(qi)他(ta)方式復制發表。已經(jing)本(ben)站協(xie)議授權的媒(mei)體、網站，在(zai)下載使用時必須注(zhu)(zhu)明“稿件(jian)來源：中國(guo)(guo)教育在(zai)線”，違者(zhe)本(ben)站將依法(fa)追究責任(ren)。
② 本(ben)站注明稿件(jian)來(lai)源為其他媒體(ti)的(de)文(wen)/圖等(deng)稿件(jian)均為轉載(zai)稿，本(ben)站轉載(zai)出于非商業(ye)性的(de)教育和(he)科研之目(mu)的(de)，并不意味著贊同其觀點或證實(shi)其內(nei)容的(de)真實(shi)性。如轉載(zai)稿涉及版權等(deng)問題，請作者在兩周內(nei)速來(lai)電(dian)或來(lai)函聯系。