北京大學信息學院張海霞教授課題組：在仿指紋式多功能電子皮膚研究中取得重要進展

【成果簡介】

近日，北京大學信息科學技術學院微納電子學研究院張海霞教授課題組在材料能源領域重要期刊《納米能源》（Nano Energy）上發表了題為《基于摩擦滑動傳感和多孔壓阻探測的仿指尖電子皮膚》（Fingertip-inspired electronic skin based on triboelectric sliding sensing and porouspiezoresistive pressure detection）的學術論文。論文第一作者為北大前沿交叉學科研究院博士研究生陳號天，張海霞為通訊作者。

【圖文導讀】

圖1 仿指尖電子皮膚示意圖

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（a）電子皮膚與人體皮膚的基本結構

（b）滑動傳感部件及其工作原理

（c）壓力傳感部件及其工作原理

圖2 TENG部分基本工作原理

（a）電極間電荷轉移的工作過程

（b）三維FEA模型，顯示電壓如何分布

（c）不同工作流程的模擬結果

【研究內容】

作為覆蓋人體最大的器官，皮膚在保護人體的同時，其內部龐大的傳感網絡可實時檢測壓力、溫度等多種物理信號，是人體與外界交互最重要的方式之一。電子皮膚通過模擬人體皮膚的物理特性和傳感功能，在可穿戴設備、生物醫療以及機器人領域有著廣闊的應用前景，日益受到各界廣泛重視。如何在有限的空間內集成更多功能，成為該領域急需解決的關鍵問題。

課題組以人類指紋結構為突破口，以人體皮膚傳感機制和結構為啟發，通過研究皮膚傳感生理機制和手指生理結構，創造性地將摩擦式動態傳感與壓阻式靜態傳感加以結合，設計了一種基于指紋結構的新型多功能電子皮膚；模仿指紋結構設計雙螺旋電極的摩擦發電機，通過摩擦電壓輸出頻率檢測滑動物體的粗糙度，首次提出了數字式的摩擦檢測方案；模仿真皮結構制備多孔碳納米管/聚二甲基硅氧烷（CNT-PDMS），通過接觸電阻變化檢測壓力大小，合理調控納米導電網絡及多孔率，可大幅提升壓阻傳感靈敏度。同時電子皮膚集成動態滑動檢測和靜態壓力檢測的功能，體現了該多功能電子皮膚在執行復雜任務的強大能力，顯示了其在機器人傳感領域的巨大潛力。

相關研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市科技計劃、北京市自然科學基金等資助。

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

文獻鏈接：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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