清華大學航天航空學院、柔性電子技術(shù)實驗室張一慧教授課題組在國際上首次研制出具有仿生三維架構(gòu)的新型電子皮膚系統(tǒng),可在物理層面實現(xiàn)對壓力、摩擦力和應變?nèi)N力學信號的同步解碼和感知,對壓力位置的感知分辨率約為0.1毫米,接近于真實皮膚。該成果日前在國際學術(shù)期刊《科學》雜志上發(fā)表。
圖為裝有仿生三維電子皮膚的機械手與人手互動。(受訪者供圖)
張一慧介紹,皮膚之所以能敏銳感知力學信號,是因為其內(nèi)部有很多高密度排列且具有三維空間分布的觸覺感受細胞,能準確感知外界刺激。在電子皮膚研制中,要能同時識別和解碼壓力、摩擦力和應變信號,實現(xiàn)準確的觸覺感知,極具挑戰(zhàn)。
團隊首次提出具有三維架構(gòu)的電子皮膚設(shè)計概念,研制出的仿生三維電子皮膚由“表皮”“真皮”和“皮下組織”構(gòu)成,各部分質(zhì)地均與人體皮膚中的對應層相近。傳感器及電路在皮膚內(nèi)深淺分布,其中部分傳感器更靠近皮膚表面,對外部作用力高度敏感,分布于深處的傳感器則對皮膚變形更為敏感。
“比如我們一塊食指指尖大小的電子皮膚內(nèi)就擁有240個金屬傳感器,這些傳感器每個僅有兩三百微米,其空間分布上與人體皮膚中觸覺感受細胞的分布相近?!睆堃换壅f,當電子皮膚觸摸外界物體時,其內(nèi)部眾多傳感器會協(xié)同工作。傳感器收集到的信號會經(jīng)過系列傳輸和提取處理,再結(jié)合深度學習算法,使電子皮膚能精確感知物體的軟硬和形狀。
圖為仿生三維電子皮膚在觸摸檸檬感知其軟硬程度。(受訪者供圖)
“電子皮膚實際上是模仿人類皮膚感知功能的一種新型傳感器,未來可裝于醫(yī)療機器人指尖進行早期診療,還可像創(chuàng)口貼一樣貼在人的皮膚上實時監(jiān)測血氧、心率等健康數(shù)據(jù)?!睆堃换壅J為,這款仿生三維電子皮膚為電子皮膚的研發(fā)和應用提供了新路徑,在工業(yè)機器人、生物檢測、生物醫(yī)療、人機交互等多方面具有廣闊應用前景。(新華社記者 魏夢佳)
工信部備案號:京ICP備05071141號
互聯(lián)網(wǎng)新聞信息服務(wù)許可證 10120170024
中國教育報刊社主辦 中國教育新聞網(wǎng)版權(quán)所有,未經(jīng)書面授權(quán)禁止下載使用
Copyright@2000-2022 www.aaallgj.com All Rights Reserved.