传感器之于机器人就像各种感知器官之于人类。那么，能否让机器人像人类一样，拥有可以感知温度、压力、湿度的皮肤呢？3月28日，记者从东南大学获悉，该校电子科学与工程学院教授吴俊课题组研发了一种水驱动机械性能可调的全属性凝胶电子皮肤，可以实现多信息的集成耦合。其最新成果已在国际著名学术期刊《美国化学会·纳米》在线发表。
“众所周知，人类的皮肤可以自我修复，我们研发的这种凝胶材料也具备这种自修复的能力，可以在轻微灼伤情况下快速恢复。”吴俊告诉记者，电子皮肤其实是模仿人类皮肤感知功能研究出来的一种新型的传感器，最理想的状态就是赋予机器人像人类一样的皮肤。它不仅要具备压力、温度、湿度等刺激感知能力，还应具备柔软、可拉伸性等特征。吴俊介绍，课题组为实现这个未来目标规划了三步走策略：一是要解决柔性传感器的稳定性，通过材料的改性、结构的改造，做出高性能的柔性化单一功能传感器；二是要实现器件的多模态化，丰富传感器的属性；三是要集成耦合多种信息将软硬件智能化。
“人体皮肤还具备一种可以抑菌的弱酸性，这一点我们也考虑在内。经过多方考虑与匹配试验，最终我们选择了桑蚕丝作为基质材料。”论文第一作者、东南大学电子科学与工程学院博士研究生段升顺告诉记者，基于多材料异质改性蚕丝蛋白体系，研究团队首次提出全皮肤理化（可修复、可降解、弱酸抑菌性、防火性）—电（压力、温度、湿度、应变、接触感知）复合功能属性的电子皮肤，具备类皮肤的移植重构能力。基于团队多年来在仿生多模软触觉传感器上的研究，此次研发的新型电子皮肤初步具备了各种类皮肤属性，团队期望在后续迭代完善的基础上应用于机器人皮肤以展示其在捕获多种刺激信息、重构配置所需功能方面的高度类皮肤属性。
“随着万物互联、智能感知时代的加速到来，机器人迈入信息化、智能化的新时代，这也对传感技术提出了更多、更高的要求。”吴俊告诉记者，传统的传感器技术，通常基于金属陶瓷等刚性材料，小而刚性的外形限制了它们在医疗保健可穿戴设备、交互式机器人等应用中的使用。柔性传感器的研究应用就显得极为迫切。近年来，吴俊带领课题组面向人类生命健康做了很多柔性传感器的创新应用。例如眼睛植入式器件、体内植入式电子器件、可穿戴电子皮肤器件、可穿戴电子织物器件等。
“我们将银与单壁碳纳米管材料相结合，在隐形眼镜中植入软线圈。当使用者将这种隐形眼镜戴上后，线圈便会随着角膜的形变一并发生形变，进而测量眼内压的数值。”吴俊介绍这种可测量眼内压的新型隐形眼镜解决了临床上青光眼病变眼压异常波动不易捕捉的难题。使用人只需要正常佩戴这款隐形眼镜，便可以实时监测眼压，同时隐形眼镜收集到的数据也会通过蓝牙等通信方式传输到相应手机上，以便于分析和记录，目前该项成果已启动后续检测及临床准备。
“未来我们构想的是一个人—机—环境高效融合的场景，可以使环境、人和其他机器自然交互、自主适应、协同作业，构建更美好的生活。”吴俊表示，虽然目前该领域还处于早期的萌芽阶段，但是随着学科的高度交叉融合、国内外同行的持续攻坚，像电子皮肤和智能隐形眼镜这些柔性人机信息界面都会走进我们的生活。
江苏科技报记者 葛思佳/文 刘成贺/图 通讯员 唐瑭
2023-3-28【今日头条】