北京大学信息学院张海霞教授课题组：在仿指纹式多功能电子皮肤研究中取得重要进展

【成果简介】

近日，北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组在材料能源领域重要期刊《纳米能源》（Nano Energy）上发表了题为《基于摩擦滑动传感和多孔压阻探测的仿指尖电子皮肤》（Fingertip-inspired electronic skin based on triboelectric sliding sensing and porouspiezoresistive pressure detection）的学术论文。论文第一作者为北大前沿交叉学科研究院博士研究生陈号天，张海霞为通讯作者。

【图文导读】

图1 仿指尖电子皮肤示意图

（a）电子皮肤与人体皮肤的基本结构

（b）滑动传感部件及其工作原理

（c）压力传感部件及其工作原理

图2 TENG部分基本工作原理

（a）电极间电荷转移的工作过程

（b）三维FEA模型，显示电压如何分布

（c）不同工作流程的模拟结果

【研究内容】

作为覆盖人体最大的器官，皮肤在保护人体的同时，其内部庞大的传感网络可实时检测压力、温度等多种物理信号，是人体与外界交互最重要的方式之一。电子皮肤通过模拟人体皮肤的物理特性和传感功能，在可穿戴设备、生物医疗以及机器人领域有着广阔的应用前景，日益受到各界广泛重视。如何在有限的空间内集成更多功能，成为该领域急需解决的关键问题。

课题组以人类指纹结构为突破口，以人体皮肤传感机制和结构为启发，通过研究皮肤传感生理机制和手指生理结构，创造性地将摩擦式动态传感与压阻式静态传感加以结合，设计了一种基于指纹结构的新型多功能电子皮肤；模仿指纹结构设计双螺旋电极的摩擦发电机，通过摩擦电压输出频率检测滑动物体的粗糙度，首次提出了数字式的摩擦检测方案；模仿真皮结构制备多孔碳纳米管/聚二甲基硅氧烷（CNT-PDMS），通过接触电阻变化检测压力大小，合理调控纳米导电网络及多孔率，可大幅提升压阻传感灵敏度。同时电子皮肤集成动态滑动检测和静态压力检测的功能，体现了该多功能电子皮肤在执行复杂任务的强大能力，显示了其在机器人传感领域的巨大潜力。

相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金等资助。

原文链接：http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2017-08/11/content_298855.htm

文献链接：Fingertip-inspired electronic skin based on triboelectric sliding sensing and porous piezoresistive pressure detection (Nano Energy , 2017, DIO: org/10.1016/j.nanoen.2017.08.001)

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