电子皮肤（E-skins）技术的快速发展为我们与机器、电子设备及周围环境的互动带来了全新的机遇。然而，开发一种能够同时提供多种感知能力、高灵敏度和超宽感知范围的可穿戴E-skin仍然是一个巨大挑战。
图1. 一种模仿人类生物感觉系统的人工感觉系统，用于识别材料类型、粗糙度和接触压力。
近期，安徽农业大学王新教授团队受到人类触觉感知的启发，开发了一种基于微锥形离子凝胶的多模态、超灵敏、仿生电子皮肤E-skin（MES）。MES利用离子电容和摩擦电效应，可用于虚拟键盘和多功能触觉认知。MES通过利用离子凝胶同时作为电容层和摩擦电层，实现了高灵敏度（357.56 kPa-1）、低检测限（0.47 Pa）和宽线性检测范围（0−500 kPa）。此外，通过附着MES在手指关节，可以精确监测关节运动，并将产生的电学信号转换为虚拟键盘上的准确输入信息。更重要的是，通过利用信号采集/处理电路和机器学习，MES能够实现对不同材料、表面粗糙度和接触压力的实时触觉认知，这为下一代智能机器人与物理环境的交互提供了进步。因此，所提出的MES在可穿戴电子设备、人机交互（HMI）和人工智能（AI）领域展现出了巨大的潜力。该工作以“Multimodal, Ultrasensitive, and Biomimetic Electronic Skin Based on Gradient Micro-Frustum Ionogel for Imaginary Keyboard and Haptic Cognition”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是河南大学和安徽农业大学联合培养博士研究生夏一帆。该研究得到国家自然科学基金委基金和安徽省自然科学基金的支持。
图2. 梯度微锥型离子凝胶结构设计、传感原理及传感性能展示
图3. 基于MES的人工感觉系统展示
该工作是团队近期开展摩擦电触觉感知相关研究的重要进展之一。触觉感知器件同时实现高灵敏度、低压力检测阈值、物体识别和可视化触觉成像是目前触觉感知器件的重要研究方向。为此，团队发展了一系列高性能触觉器件，为智能机器人，人工智能和人机交互的发展提供重要研究基础。近年来，团队利用导电离子胶开展单层摩擦纳米发电机以及自供电触摸面板的研究工作(Adv. Mater, 2024, 36, 2308424)，开展了摩擦电致发光的超低压力响应阈值（1.0 Pa）的可视化触觉成像研究（Materials Today, 2024, 79, 73-85），利用自供电电致发光开展了信息加密研究（Device, 2024, 2, 100246; Adv. Funct. Mater., 2023, 33, 2307609；Nano Energy, 2022, 102, 107653；Nano Energy, 2022, 96, 107116; Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2007221），开发了耐低温超拉伸特性环境稳定的水凝胶在可穿戴电子器件和人机交互的应用（Nano Energy, 2024, 131, 110261；Nano Energy, 2022, 95, 106967；ACS Appl. Mater. Interfaces,2023, 15, 15, 19435；Nano Energy, 2022, 98, 107309 ），报道了摩擦电效应的高分辨触觉器件（Nano Energy, 2024, 125, 109532；Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2100709）.
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202414936
河南大学王新教授团队 Nano Energy：一种可穿戴和耐低温的自驱动电致发光系统用于长期耐低温显示
河南大学王新教授团队AFM：一种高亮度、高分辨率的柔性摩擦起电诱导电致发光皮肤用于实时成像和人机信息交互
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