多功能摩擦电电子皮肤最新突破！全印刷、可扩展、可拉伸

图1. 用于灵巧手的摩擦电电子皮肤（TE-skin）系统设计概念。

a. 界面压缩辅助同轴打印传感纤维的概念以及TE-skin制造工艺示意图。b. TE-skin的结构配置，厚度为190 μm（比例尺：1 mm）。c. TE-skin与灵巧手的集成：（i）TE-skin的示意图，插图显示了顶部和底部传感层结构设计的局部放大图，并给出了摩擦电传感器的等效电路；（ii）TE-skin实时触觉映射的电压信号测量和数据示意图。d. TE-skin在16×16通道上进行多点触控识别。从左到右依次为TE-skin上的实际物理轨迹、轨迹覆盖的传感单元分布、从原始采集信号重建的轨迹以及信号处理后的轨迹。e. TE-skin与目前已报道的电子皮肤在分辨率和厚度方面的比较。f. TE-skin在灵巧手（手掌、指尖和手背）上用于人机交互的概述和多功能：（i）用户识别；（ii）灵巧手控制；（iii）材料识别；（iv）形状感知。

图2. 基于界面压缩辅助同轴打印的TE-skin制备策略和表征。

a. 带有倾斜平面的同轴打印头的光学图像（比例尺：1 cm）。b. 同轴传感纤维的超分辨率显微图像。插图显示了同轴传感纤维的横截面视图。c. 高速相机下的同轴传感纤维打印过程（比例尺：1 mm）。d. ICCP同轴传感器纤维和普通打印纤维的横截面视图与一枚人民币的比较，插图对应俯视图（比例尺：1 mm）。e. 尺寸为200 × 200 mm2的可扩展TE-skin（比例尺：10 cm）。f. 拉伸TE-skin。g. 弯曲TE-skin。h. 扭曲TE-skin（比例尺：1 cm）。i.打印头倾斜角度对同轴纤维数量影响的示意图和物理图。j. 打印速度 (v) 对传感纤维电阻和宽度以及微CT表征的影响。k. 打印高度 (h) 对传感纤维电阻和宽度以及微CT表征的影响。l. 挤出压力 (p) 对传感纤维电阻和宽度以及微CT表征的影响。

图3. TE皮肤的工作原理和电子性能。

a. TE皮肤的工作原理。b. 在4 Hz频率下，同轴传感纤维在压力增加时的输出电压。c. 在4 Hz频率下，同轴传感纤维在接触面积增加时的输出电压。d. 在51.28 kPa压力下，同轴传感纤维在频率增加时的输出电压。e. 同轴传感纤维的长期稳定性。f. 在4 Hz频率和51.28 kPa压力下的稳定性测量。g. TE皮肤在不同重复次数下的输出性能：(i) 拉伸-恢复状态；(ii) 扭转-恢复状态；(iii) 弯曲-恢复状态。h. 同轴传感纤维的拉伸强度，插图显示了测试过程。i. TE皮肤的响应时间和恢复时间。j. TE皮肤的功率密度。k. TE皮肤的灵敏度。

图4. TE皮肤在灵巧手上的应用。

a. 实时材料传感系统的结构，包括信号采集、智能数据处理和认知结果的实时显示。b. 用于灵巧手用户识别的TE皮肤。(i) 用于用户识别的TE皮肤工作流程图。(ii) 每个用户特征分类的t-SNE散点图。(iii) 用于身份验证的混淆矩阵。c. 人机交互界面的功能定义。(i) TE皮肤区域被划分为九个部分，可用于控制灵巧手的运动。(ii) 灵巧手和人手分别抓取各种物体时的静态姿势。d. 用于材料识别的TE皮肤。(i) 10种不同物体的数码照片（比例尺：2厘米）。 (ii) 使用指尖上的TE皮肤感测到的10个物体的时域信号。(iii) 使用灵巧手识别10种不同物体的混淆矩阵。e. 用于形状识别的TE皮肤，一组代表性示例、视觉图像以及灵巧手按压过程中相应的触觉图。(i) 网球（比例尺：2厘米）。(ii) 钢笔（比例尺：1厘米）。(iii) 方形模具（比例尺：2厘米）。

图5. 展示 TE-skin 在连续用户识别、形状感知、手指控制和使用灵巧机械手抓取物体方面的能力。

a. 控制灵巧机械手执行抓取任务。b. TE-skin 在灵巧机械手上的应用过程。(i) 输出信号的差异可以区分目标用户（绿灯）和非目标用户（红灯）。(ii) TE-skin 实时测量电压信号并绘制触觉映射数据示意图。(iii) 控制灵巧机械手食指的弯曲角度。(iv) 灵巧机械手抓取和放置网球的动作。(v) 灵巧机械手抓取和放置纸箱的动作。