电子皮肤最新突破！超薄！

一、研究背景

人体躯体感觉系统依赖本体感觉（肢体姿态/运动追踪）与触觉（外部接触感知）的协同作用，实现复杂环境适应与精准动作执行。然而现有可穿戴传感技术存在三大核心痛点：一是设备笨重且共形性差，导致机械损耗与精度不足；二是本体感觉与触觉信号存在机械串扰，难以有效分离；三是多通道数据采集系统复杂，易产生时空错位。为解决上述问题，开发兼具高共形性、双模态感知能力与低复杂度的皮肤集成电子器件，成为推进人机自然交互的关键需求。

二、研究亮点

1. 采用8-10 μm超薄水性聚氨酯（WPU）基底与水性Ag纳米复合材料，结合两步转移策略，实现皮肤皱纹级（10μm）无应变集成，佩戴时无异物感，且能精准捕捉微尺度皮肤形变。

2. 利用拉伸诱导电阻增加、触摸诱导电阻降低的极性差异，在单一数据通道中实现本体感觉与触觉信号的天然分离，无需复杂阵列结构，简化系统复杂度。

3. 应变灵敏度在0-20%范围内 gauge factor 达32.45，50%应变下提升至132.77；在90%湿度、25-60℃温度及长期摩擦条件下电阻稳定性优异，变异系数低于5%。

4. 结合时序差分计算与CNN-LSTM网络，实现动作意图与环境上下文的动态关联，支持跨场景自适应交互，突破传统传感器“预定义动作识别”的局限。

三、研究内容

1. 器件制备与结构设计

以水性Ag纳米颗粒（NPs）/纳米线（NWs）复合材料为导电通路，WPU为亲水基底，通过 dispensing 打印技术制备图案化器件；采用“释放纸-硅橡胶-皮肤”两步转移法，确保界面无应变锚定与均匀贴合。

2. 双模态感知机制

拉伸时Ag纳米网络微裂纹扩展导致电阻升高（本体感觉信号），触摸时接触点与终端形成闭合回路，电阻随接触位置线性降低（触觉信号）；通过电压分压模块将电阻信号转换为0-5V bipolar电压输出，实现信号精准解耦，触摸定位误差低于2.6%。

3. 性能验证

器件兼具高应变灵敏度与宽工作范围，对湿度、温度不敏感，经200次3M胶带剥离测试仍保持结构完整；单通道数据传输避免多通道时空错位问题，提升交互实时性。

4. 多场景应用验证

成功实现四大核心应用：一是机器人上下文导航（通过腕部姿态与触摸位置协同控制六足机器人步态）；二是无障碍虚拟交互（双指微动作实现26字母输入与鼠标操控）；三是物体形状识别（通过触觉-本体感觉融合，几何形状识别率达81%）；四是情境化空气击鼓（握姿切换鼓型，腕部动作控制敲击，识别准确率超90%）。

四、总结与展望

该研究提出的超共形双模态（HDM）元皮肤，通过材料创新、结构设计与信号机制突破，解决了传统可穿戴传感器的串扰、笨重与复杂度难题，实现了“皮肤延伸式”的高精度双模态感知。器件以单通道简化系统设计，兼具高灵敏度、高稳定性与良好生物相容性，为自然人机交互提供了全新解决方案。

未来展望聚焦三大方向：一是扩展器件覆盖范围，实现五指及多关节全维度运动数据采集；二是深化多模态信号融合算法，提升复杂场景下的意图识别鲁棒性；三是拓展应用领域，推动其在软机器人控制、嵌入式交互系统、智能假肢与康复辅助设备等领域的产业化落地。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-65624-z

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