北京大學(xué)在多功能電子皮膚研究中取得重要進(jìn)展

　　電子皮膚作為一種模仿人類(lèi)皮膚特性、具有傳感多種功能的新型電子器件，在便攜式電子設(shè)備、醫(yī)療健康以及機(jī)器人領(lǐng)域等具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，當(dāng)前電子皮膚往往專(zhuān)注于探測(cè)單一物理量，而人類(lèi)皮膚卻能感受多種物理量，實(shí)現(xiàn)多種物理量同時(shí)探測(cè)成為電子皮膚研究的重要方向;同時(shí)，如何對(duì)電子皮膚進(jìn)行有效的能量供給，也是該領(lǐng)域研究急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　近日，北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院微納電子學(xué)研究院張海霞教授課題組通過(guò)研究模仿皮膚的生理結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出一種集滑動(dòng)探測(cè)、壓力探測(cè)和能量存儲(chǔ)于一體的多功能電子皮膚系統(tǒng)，成功解決了多功能集成和能量供給等問(wèn)題。相關(guān)研究成果以“Hybrid porous micro structured finger skin inspired self-powered electronic skin system for pressure sensing and sliding detection”為題，發(fā)表于納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域重要期刊Nano Energy上，博士研究生陳號(hào)天為論文第一作者，張海霞教授為通訊作者。

　　該電子皮膚系統(tǒng)以人類(lèi)指尖的生理結(jié)構(gòu)為啟發(fā)，模仿指紋結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)基于四電極螺旋電極的摩擦納米發(fā)電機(jī)，通過(guò)探測(cè)摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出頻率，進(jìn)行滑動(dòng)方向及距離的探測(cè)。這種基于摩擦輸出頻率的探測(cè)方法相比于基于幅值的探測(cè)方法，可以有效地避免外部環(huán)境比如溫度、濕度等因素的印象，提高傳感器的穩(wěn)定性;通過(guò)模仿人體皮膚的真皮結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新地將微結(jié)構(gòu)(微金字塔、微圓錐等)與多孔結(jié)構(gòu)結(jié)合，制備得到導(dǎo)電的多孔復(fù)合微結(jié)構(gòu)，大幅提升了壓阻傳感器的靈敏度(高達(dá)35.7 kPa-1);最后，利用織物制備柔性抗壓的超級(jí)電容器，為整個(gè)電子皮膚系統(tǒng)提供能量。通過(guò)將滑動(dòng)傳感與壓力傳感耦合，該電子皮膚系統(tǒng)可以有效地探測(cè)復(fù)雜的行為活動(dòng)，提供反饋多個(gè)維度的信號(hào);同時(shí)，整個(gè)電子皮膚系統(tǒng)由超級(jí)電容器供能，無(wú)需外部供電，極大地增強(qiáng)了該電子皮膚系統(tǒng)的便捷性和可用性，展示了其在機(jī)器人傳感等領(lǐng)域的巨大潛力。

　　相關(guān)研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科技計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金等資助。