電子皮膚（E-skin）在模擬人類感官系統(tǒng)用于假肢、人機交互和醫(yī)療保健監(jiān)測方面引起了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，完全模擬皮膚功能仍然具有挑戰(zhàn)性，因為皮膚功能可以分離刺激，如正常/切向力，接觸/非接觸行為，以及對高頻輸入的反應(yīng)。有鑒于此，五邑大學(xué)羅堅義團隊與澳門大學(xué)周冰樸團隊合作，開發(fā)了一種基于仿生毛發(fā)-表皮-真皮-皮下組織結(jié)構(gòu)的全仿生電子皮膚（FBE-skin），用于多維觸覺感知。如圖1所示，文中通過充分利用人體皮膚的設(shè)計理念，制造磁化微纖毛（MMCA）、導(dǎo)電微穹頂（MDA）和柔性電極來復(fù)制生物毛發(fā)層、表皮-真皮層和RA/SA受體。通過優(yōu)化微纖毛和導(dǎo)電微圓頂?shù)男螒B(tài)和磁/電性能，該工作進一步提高了自上而下結(jié)構(gòu)中各部件的傳感性能。
圖1. (a) 具有毛-表皮-真皮層的人體皮膚和用于動靜態(tài)刺激檢測的RA/SA機械感受器的概念圖；(b) 通過電磁元件（MMCA）和壓阻元件（MDA）的耦合電子皮膚設(shè)計；(c) 電子皮膚模擬人類皮膚實現(xiàn)靜態(tài)和動態(tài)響應(yīng)的多維機械感知示意圖。
圖2. (a) 典型FBE-skin的光學(xué)圖像和柔性展示；(b) 頻率為3 Hz ~ 30 Hz，壓力為800 Pa時，F(xiàn)BE-skin的響應(yīng)。(c) 法向壓力作用下MMCA和MDA的變形示意圖，及施加壓力時的電流和電壓信號曲線(d)有持續(xù)時間， (e)無持續(xù)時間；(f) 日常機械刺激的示意圖，例如手指滑動和氣流導(dǎo)致近端FBE-skin形態(tài)變形；(g) 接觸微纖毛層而不使微穹結(jié)構(gòu)變形時,手指滑動FBE-skin的響應(yīng)曲線；(h) FBE-skin暴露于法向和側(cè)向氣流時的響應(yīng)曲線。
圖3. (a) 人體皮膚由于存在毛層而感知切向機械刺激的示意圖; (b) 基于FBE-skin陣列的感官解碼和三維可視化系統(tǒng)概念圖; (c) 用于識別不同滑動速度和路徑的陣列示意圖; (d)手指以路線①及V0速度滑動時三維可視化系統(tǒng)的響應(yīng); (e) 在不同速度下，暴露于路線②手指滑動時的響應(yīng)。(f) FBE-skin在動態(tài)氣流作用下的響應(yīng); (g) 對纖毛施加輕微（上）和較大壓力引起皮膚明顯變形（下）的示意圖。(h) 對FBE-skin陣列施加最小壓力時可視化系統(tǒng)的響應(yīng)。(i) 對FBE-skin施加較大壓力時可視化系統(tǒng)的警示響應(yīng)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/d4mh01217h
