图 触觉传感阵列的构建过程与性能示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：T2225017、52073138）等资助下，南方科技大学郭传飞研究团队设计了一种新型的柔性触觉电子皮肤，并在机械手触控研究中取得进展。研究成果以“具有嵌入式传感单元，可用于机器人领域的鲁棒、高灵敏且无串扰的离电型蒙皮（Embedment of sensing elements for robust, highly sensitive, and crosstalk-free iontronic skins for robotics applications）”为题，于2023年3月3日发表在《科学进展》（Science Advances）上，论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf8831。
柔性触觉电子皮肤具有与人体触觉传感器相仿的功能。电子皮肤作为机器人外表面蒙皮可为机器人提供丰富的触觉信息，促进机器人控制领域及新一代人机交互领域的发展。如何在提升触觉灵敏度的同时保持传感器的机械稳定性是柔性电子皮肤研究领域的一大挑战。
针对上述挑战，该研究团队通过将聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体与具有表面微结构的离子凝胶活性材料进行横向化学交联，实现了粘接区域和传感区域有效分隔。微结构离子凝胶传感器实现了>174 kPa-1的超高灵敏度（在0.15 Pa 至400 kPa压力范围）。微结构与电极之间存在的空腔能钉扎剪切过程中的裂纹，结合孔间内壁大形变带来的能量耗散，使得这种“嵌入式结构”获得了相对于纯材料更高的界面强度与界面韧性。此外，离子凝胶材料的分隔屏蔽效应与后端信号采集电路的解串扰设计极大地消除了触觉传感阵列内的信号串扰，保证了信号采集的准确性。在应用方面，由弹性体构成的传感蒙皮可共形贴附于机械手表面，触觉感知结合机器学习算法赋予了机械手99.5%的抓握识别准确率，这充分展示了蒙皮在机器人领域的应用潜力。该成果对发展新型柔性触觉电子皮肤有重要借鉴意义。