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目前電子皮膚的大部分研究都是通過模仿皮膚的局部結構來完成其構建，從而實現僅對單一刺激的觸覺感知。然而，利用由表皮-真皮-皮下組織組成的全皮膚仿生（FSB）結構結合毳毛狀結構（VHS）的電子皮膚的開發和突破幾乎沒有探索。

在此，濟南大學李陽副教授、北京理工大學沈國震研究員等人提出了一種基于人體FSB結構的電子皮膚，并探討了電子皮膚領域的技術突破和發展前景。研究表明，所提出的電子皮膚不僅具有觸覺感知功能，而且由于配備了“大腦”，因此實現了通用智能觸覺認知的特性。更重要的是，腦控電子皮膚充分利用提出的FSB結構呈現出先進的智能觸覺認知功能，一次接觸即可準確識別材料種類和位置，超越了人類的能力。

FSB電子皮膚具有3層結構配置：采用雙面異質頂層模擬人毳毛和表皮；基于雙面層狀微錐結構（LMS）離子凝膠的中間層用于模擬皮膚真皮；底層單面LMS用于模擬皮下組織。因此，所提出的FSB電子皮膚具有對低于1 kPa的壓力具有8053.1 kPa^-1的超高靈敏度，在1~34 kPa的壓力范圍內對應于3103.5 kPa^-1靈敏度的線性響應及快速響應/恢復時間（<5.6毫秒）。

圖1. 非接觸式感知和手勢認知的演示

為證明所提出的FSB電子皮膚具有從觸覺感知到高級智能觸覺認知的能力，作者探索了3個具體應用，包括：

i）基于FSB 電子皮膚類毳毛層的摩擦電效應，將柔性感知陣列應用于模擬毳毛功能的非接觸式靜態/動態信息觸覺感知；

ii）利用FSB電子皮膚的超級電容離子電子效應，實現了由五層多層感知器（MLP）神經網絡輔助的手勢形態認知手套安裝系統以促進通用智能觸覺認知；

iii）通過將FSB電子皮膚與六層MLP神經網絡技術和包括信號采集、傳輸、處理和顯示功能的各種單元相結合，作者構建了一個先進的智能材料認知系統，只需一次接觸即可實現對不同材料的準確認知、定位、實時顯示，平均準確率達到98.34%。

總之，這項研究提出的器件設計、系統構建和微納處理方法必將為柔性電子研究領域，特別是柔性智能機器人、智能假肢和元宇宙領域帶來新的啟發。

圖2. 先進的智能材料認知系統演示

Perception-to-Cognition Tactile Sensing Based on Artificial-Intelligence-Motivated Human Full-Skin Bionic Electronic Skin, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202622

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李陽/沈國震AM: 機器學習助力仿生電子皮膚新突破，實現通用觸覺認知！

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