触摸位置与压力信号都是精确刻画潜在行为中不可或缺的指标。传统的阵列结构可以使触觉传感器感知触摸位置和压力信息，然而，它们面临着结构复杂、感知结构分离和触觉特征丢失等方面的挑战。传感单元数量众多、结构复杂会导致在传感终端产生大量冗余数据，并且众多的传感单元难以保持性能的一致与稳定。此外，无论触摸特征是否改变，触觉传感器基于“时间驱动”的工作模式在阵列中以固定频率输出信号，这进一步增加了冗余数据量。这些大量的冗余数据增加了后端处理和分析的难度，意味着传统的触觉传感器的感知架构仅以计算终端为中心。为了减少冗余数据的收集，基于周期性采样的交叉扫描模式将检测通道减少到N+M（N为行数，M为列数），而传统模式基于单个扫描的需要N×M通道。然而，该方法在结构复杂度方面没有实现根本性的优化，也没有实现感知与计算的重构与融合。数据需要通过整个信号链传输，然后到达计算终端，在计算终端需要复杂的算法来解耦触摸信息。感知与计算的分离造成了数据传输的延迟和计算终端计算资源的大量消耗。
图1 仿生PR电子皮肤的设计机理
近期，厦门大学廖新勤等人提出了一种集成了传感、计算和决策功能的位置和压力感知电子皮肤（PR电子皮肤）来解决这一挑战。研究团队设计了一种分层协同的结构，该结构允许PR电子皮肤能够在数据终端有选择地提取有效的数据。PR电子皮肤基于“事件驱动”的工作模式只有当触摸事件发生时，才产生数据，这进一步缩小了数据量。这些特性共同实现了原始数据的优化，同时保留完整和关键的触摸信息，从而显著加快后续的计算速度。PR电子皮肤由位置层（图2）与压力层（图3）构成，位置层与压力层采用类似的结构实现了不同功能的感知。最后，研究团队对PR电子皮肤在人机交互领域中的应用场景进行了验证（图4、图5和图6），表明其在可穿戴设备、智能机器人和智慧互联网等方面具有潜在的应用场景。相关研究成果以“A Programmable Electronic Skin with Event-Driven In-Sensor Touch Differential and Decision-Making”为题发表于Advanced Functional Materials。厦门大学电子科学与技术学院陈忠教授和廖新勤副教授为论文共同通讯作者，第一作者为厦门大学硕士生曹智诚，新加坡南洋理工大学郑元谨教授（卓越集成电路设计中心主任）和北京科技大学廖庆亮教授（长江学者特聘教授、院长）提供重要支持帮助。研究工作得到了国家自然科学基金、福厦泉国家自主创新示范区合作项目、福建省自然科学基金和中央高校基本科研业务费等资助。
总的来说，研究团队提出了一种集传感、计算和决策于一体的位置和压力感知电子皮肤。多功能识别能力、紧凑的传感器内存和低计算消耗为人机交互、智慧互联网和智能机器人的应用提供了新的机会。PR电子皮肤为构建具有事件驱动传感器内计算的位置和压力感知系统提供了一个理想和重要的替代方案。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202412649
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