突破性进展！我国科学家开发出一种新型电子皮肤，可比拟人类皮肤

新型电子皮肤轻薄柔软，集成度高（图片来源：参考文献 1）新型电子皮肤电路概念图（图片来源：参考文献 1）版权图库图片，转载使用可能引发版权纠纷

想象一下，如果你能给机器人穿上一件“魔法外衣”，让它能像人类一样感受触摸、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突破性进展， 他们开发出了一种具有仿生三维架构的新型电子皮肤，为未来的机器人技术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

模仿自然的奇迹：电子皮肤的诞生

电子皮肤是一种模仿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，科学家们一直在努力让电子皮肤更接近人类皮肤的复杂功能。而清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室的张一慧教授及其团队，从人类皮肤的精妙结构中获得了灵感，实现了电子皮肤从平面到立体的飞跃。

我们的皮肤之所以如此神奇，是因为它不是一个简单的平面结构。想象一块三层的海绵蛋糕，它有蓬松的表面、松软的内部和稍微紧实的底部。我们的皮肤也是类似的三层结构：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复杂的结构，设计出了一种全新的电子皮肤，它不仅模仿了人类皮肤的三层结构，还复制了皮肤内部感受器的三维分布。

皮肤的结构与仿生三维电子皮肤概念图（图片来源：参考文献 1）

仿生三维电子皮肤的秘密：

精妙结构与超凡感知

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，柔软而敏感，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，负责精确识别压力和摩擦力。这一层中的传感器采用了独特的八臂笼状结构设计，使其能更好地捕捉外部刺激。皮下组织层则是最内层，主要感知皮肤的整体变形，就像我们感觉到皮肤被拉伸或压缩。

在这个精巧的三层结构中，科学家们巧妙地设计了传感器的分布，模仿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结构上，与力传感单元保持一定距离，这种设计使得应变传感器主要对皮肤的拉伸敏感，而不受压力干扰，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，这意味着它几乎可以感知到一根头发丝放在上面的位置，这种精度已经非常接近人类皮肤的极限了。

智能解码与深度学习：

赋予电子皮肤“思考”能力

仅仅有精密的传感器是不够的，就像我们的大脑需要解读神经传来的信号一样，电子皮肤也需要一个“神经中枢”来理解这些数据。清华大学的科学家们使用了先进的深度学习算法， 让计算机能够快速处理和解读这些复杂的信号。这就好比是教会了电子皮肤如何“思考”和“理解”它所感受到的世界。

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！这种技术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，帮助医生进行早期诊断。它可能能够感知到普通人难以察觉的微小肿块或组织异常。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，实时监测血氧等健康数据，为我们提供一个随身携带的健康监测系统。

未来展望：从科幻到现实的跨越

清华大学科研团队的这项突破，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、挑战自然极限的又一里程碑。 这种电子皮肤技术在多个领域都有广阔的应用前景。

在智能假肢领域，它可能让失去肢体的人重新获得触觉，感受爱人手的温度或孩子脸颊的柔软。在工业领域，装配线上的机器人可以更加小心翼翼地处理脆弱的零件，就像有着灵巧双手的工匠一样。

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，能够感知我们的情绪状态，或在虚拟现实中提供真实的触感体验。

尽管这项技术非常令人兴奋，但将其大规模应用于现实世界还面临一些挑战，如耐久性、成本、能源供应和数据处理等问题。然而，这些挑战并不能掩盖这项技术的巨大潜力。也许在不久的将来，当你和机器人握手时，对方的手是能够用温柔的触感回应你的“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

重大突破！南科大研制“电子皮肤” 开辟医疗智能新纪元

你能想象？未来的假肢不仅能帮你行动自如，还能让你感受到触觉，就像真的手一样！这可不是科幻电影里的情节，而是南方科技大学的研究团队正在实现的电子皮肤技术。 它将如何改变我们的生活，尤其是对残障人士的影响，简直令人期待，快来看看这项黑科技的奥秘！

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随着科技的进步，很多曾经只能在科幻电影中看到的技术，正在逐渐走进我们的生活，其中就包括电子皮肤。顾名思义，电子皮肤就是用电子技术制作出来的“皮肤”，它的最大优势就是高灵敏度，可以作为监测工具，紧贴人体表面，监测多项生理指标，为医疗诊断提供连续、精确的数据支持。

智能穿戴设备如果融入电子皮肤技术，便能更准确地追踪用户的健康数据，优化用户体验，在体育训练中也能起到促进训练效果的作用。南方科技大学在这一技术上取得了显著的进展，这一成果预示着人机共生的新时代即将到来。

在机械智能领域，电子皮肤的应用同样大大提高了机器人的能力。以往机器人对环境的变化往往反应迟钝，或者根本无法感知，而电子皮肤的加入提升了机器人的灵敏度和反应精度，可以说是大大推动了机械智能的发展。

南方科技大学的研究成果展示了科技与生活深度融合的潜力，以往我们只是在设想人机和谐共生的场景，如今这项技术的出现，让我们看到了变为现实的可能。

假肢对于一些残障人士来说，无疑是改善生活质量的重要工具，但是传统假肢在使用过程中，往往让用户感到非常不适，因为他们无法像正常人一样，感知外部环境，这就导致他们在操控假肢的时候，非常吃力，有时甚至会造成伤害。

如果在假肢上覆以电子皮肤，那么就能模拟真实的触感，极大地提升用户对外部环境的操控和感知能力。比如在拿东西的时候，用户可以通过手掌的不同部位感知物体的轻重、温度以及材质等信息，这些信息通过电子皮肤传递给大脑，让用户对手部动作的控制更加精准。

南方科技大学的研究团队正在朝这个方向努力，他们希望可以用电子皮肤技术来改进未来假肢的设计，让假肢更加人性化，从而真正改善残障人士的生活质量。

除了假肢，电子皮肤技术在医疗领域的应用也展现出了巨大的潜力。对于一些失去部分触觉的患者来说，他们在生活中经常会遇到各种各样的问题，比如拿东西的时候用力过猛可能会导致物品破碎，而如果用力过轻则可能根本拿不住。

虽然视觉可以弥补一部分触觉缺失带来的问题，但是并不能完全代替，两者之间还是有很大区别的。电子皮肤技术或许能够成为这一缺口的解决方案，通过对皮肤表层的信号采集和处理，帮助患者恢复部分触觉，让他们重新感知身体与外部环境之间的联系，从而改善生活质量。

可以说，电子皮肤技术的进步，将有可能改变医疗和机械智能的现有格局，以往人类只能依靠自己的感官来获取信息，而未来，通过这种高科技产品，人机共生的模式将得以实现，人类的生活将变得更加便利。

电子皮肤技术真的是一项了不起的创新，未来不仅可以提升假肢的使用体验，还能在医疗领域为很多人带来福音。

想想看，科技竟然能让我们和机器如此紧密地结合在一起，真是令人惊叹！你怎么看这项技术？欢迎在评论区聊聊你的想法，别忘了点赞支持一下哦！

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