打破性进展！我国科学家开拓出一种新型电子皮肤可比拟人类皮肤

想象一下，如果你能给机器人穿上一件“邪术外衣”，让它能像人类一样感想熏染触摸、压力和摩擦，那会是什么样子？这已不再是科幻小说中的遐想，它已成为现实。

清华大学的科学家们最近在电子皮肤领域取得了打破性进展，他们开拓出了一种具有仿生三维架构的新型电子皮肤，为未来的机器人技能和医疗设备带来了革命性的可能。

仿生三维电子皮肤实物图。
图片来源：清华大学

模拟自然的奇迹：电子皮肤的出身

电子皮肤是一种模拟人类皮肤功能的高科技传感器系统。
它就像是机器人或智能设备的第二层皮肤，能够感知外界的各种刺激。

长期以来，科学家们一贯在努力让电子皮肤更靠近人类皮肤的繁芜功能。
而清华大学航天航空学院、柔性电子技能实验室的张一慧教授及其团队，从人类皮肤的精妙构造中得到了灵感，实现了电子皮肤从平面到立体的飞跃。

我们的皮肤之以是如此神奇，是由于它不是一个大略的平面构造。
想象一块三层的海绵蛋糕，它有蓬松的表面、松软的内部和轻微紧实的底部。
我们的皮肤也是类似的三层构造：表皮、真皮和皮下组织。
每一层都有不同的功能和特性。

清华大学的科学家们正是基于这种繁芜的构造，设计出了一种全新的电子皮肤，它不仅模拟了人类皮肤的三层构造，还复制了皮肤内部感想熏染器的三维分布。

皮肤的构造与仿生三维电子皮肤观点图（图片来源：参考文献 1）

仿生三维电子皮肤的秘密：

精妙构造与超凡感知

清华大学研发的这种新型电子皮肤，就像人类皮肤一样，也由表皮、真皮和皮下组织三层组成。

表皮层就像我们皮肤的最外层，优柔而敏感，能够快速感知轻微的触碰。
真皮层位于中间，包含了大部分传感元件，卖力精确识别压力和摩擦力。
这一层中的传感器采取了独特的八臂笼状构造设计，使其能更好地捕捉外部刺激。
皮下组织层则是最内层，紧张感知皮肤的整体变形，就像我们觉得到皮肤被拉伸或压缩。

在这个风雅的三层构造中，科学家们奥妙地设计了传感器的分布，模拟了人类皮肤中默克尔细胞和鲁菲尼氏小体的空间分布。

力传感单元位于“笼子”的上部，更靠近皮肤表面，对外部压力极其敏感，就像我们皮肤中的默克尔细胞，能够精确感知轻微的触摸。

应变传感器则位于底部的拱形构造上，与力传感单元保持一定间隔，这种设计使得应变传感器紧张对皮肤的拉伸敏感，而不受压力滋扰，类似于人类皮肤中的鲁菲尼氏小体。

这种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，就像我们的皮肤一样。
更令人惊叹的是，这种新型电子皮肤的感知精度可以达到 0.1 毫米，这意味着它险些可以感知到一根头发丝放在上面的位置，这种精度已经非常靠近人类皮肤的极限了。

智能解码与深度学习：

授予电子皮肤“思考”能力

仅仅有精密的传感器是不足的，就像我们的大脑须要解读神经传来的旗子暗记一样，电子皮肤也须要一个“神经中枢”来理解这些数据。
清华大学的科学家们利用了前辈的深度学习算法，让打算机能够快速处理和解读这些繁芜的旗子暗记。
这就好比是教会了电子皮肤如何“思考”和“理解”它所感想熏染到的天下。

通过这种方法，电子皮肤不仅可以感知物体的存在，还能判断物体的硬度和形状。
想象一下，机器人仅仅通过触摸就能分辨出苹果是新鲜的还是已经变软了，这是多么神奇的能力！
这种技能为未来的智能设备开辟了无限可能。

在医疗领域，新型电子皮肤可能会被用于制作超级灵敏的医疗手套，帮助年夜夫进行早期诊断。
它可能能够感知到普通人难以察觉的眇小肿块或组织非常。
张一慧教授提到，这种电子皮肤还可以像创可贴一样贴在人的皮肤上，实时监测血氧等康健数据，为我们供应一个随身携带的康健监测系统。

未来展望：从科幻到现实的超过

清华大学科研团队的这项打破，不仅是中国科技实力的一次有力展现，更是人类探索自身奥秘、寻衅自然极限的又一里程碑。
这种电子皮肤技能在多个领域都有广阔的运用前景。

在智能假肢领域，它可能让失落去肢体的人重新得到触觉，感想熏染爱人手的温度或孩子脸颊的优柔。
在工业领域，装置线上的机器人可以更加小心翼翼地处理薄弱的零件，就像有着机动双手的工匠一样。

在人机交互方面，我们的智能设备可能变得更加智能和人性化，能够感知我们的感情状态，或在虚拟现实中供应真实的触感体验。

只管这项技能非常令人愉快，但将其大规模运用于现实天下还面临一些寻衅，如耐久性、本钱、能源供应和数据处理等问题。
然而，这些寻衅并不能粉饰这项技能的巨大潜力。
大概在不久的将来，当你和机器人握手时，对方的手是能够用温顺的触感回应你的“智能皮肤”。

参考文献

[1]Weichen WANG et. al. Neuromorphic sensorimotor loop embodied by monolithically integrated, low-voltage, soft e-skin

策划制作

出品丨科普中国

作者丨李金娟 早稻田大学

监制丨中国科普博览

责编丨董娜娜

审校丨徐来、林林