北京大学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
- 2024/9/19 9:25:28 14083
- 来源：北京大学
【仪表网 研发快讯】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。
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