近来，电子皮肤研究很火。机器人、智能设备可以通过附着在表面、薄如蝉翼的电子皮肤，感知外界刺激，并作出精准应对。有了电子皮肤的加持，智能机器人、医疗机器人、智能假肢和可穿戴设备等有望朝着更加智能化、人性化方向加速演进。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心邰凯平研究员团队近日研制出一种基于碲纳米线热电-压电耦合效应的柔性、单通道、应变/应变率-温度多模态传感器，为电子皮肤研究的大热再添了一把柴。就让我们走进金属所实验室，一起了解电子皮肤的奇妙进化。

像人类皮肤一样灵敏

金属所薄膜制备实验室内各种科学仪器错落有致。副研究员于治一大早就来到这里，开始了一天的忙碌。他指着管式炉、磁控溅射镀膜机等设备告诉记者，电子皮肤就是通过这些设备制备的。

什么是电子皮肤？“电子皮肤是一种模仿人类皮肤感知功能的柔性传感器系统，通过集成压力、温度、应变等传感单元，将外界刺激转化为电信号。电子皮肤可附着于机器人或人体表面实现触觉反馈与健康监测，广泛应用于医疗机器人、智能假肢和可穿戴设备等领域。”于治为记者做科普。

电子皮肤必须能同时感知触觉、动态触觉和温觉。触觉就是感受压力和形变，如果被捏了一下，会知道被施加了多大的力；动态触觉就是感受形变的速度，受到外力后能判定是被快速拍打还是缓慢按压；温觉就是辨别外界冷、热不同温度的能力，电子皮肤凭此可以知道接触的是冰块还是温水。

电子皮肤是具备了这三种能力的柔性传感器系统，能像人类皮肤一样灵敏，成为名副其实的“人造皮肤”。

由“神奇毛线”编织

电子皮肤走过了一段怎样的进化史呢？

像做“三明治”一样，将能感知压力的材料、能感知温度的材料，一层一层地叠在一起制成电子皮肤，是电子皮肤研究的初级阶段。

通过这种“笨办法”做出来的电子皮肤存在结构复杂、信号打架、外接电源、不够智能等问题，与理想状态的电子皮肤相去甚远。附着这样电子皮肤的机械手，做出抓取鸡蛋等精细动作时，动作形态、成功率等都无法令人满意。

金属所热电材料与器件课题组通过研究，找到了一种更聪明的解法，他们摒弃了“三明治”做法，用“一团神奇的毛线”织出了一张超灵敏的电子皮肤，这种“神奇毛线”就是碲纳米线。

于治介绍，碲纳米线是一种同时具备热电效应和压电效应的材料。热电效应是当材料两端有温差时，会产生电压，用来感知温度。压电效应是当材料被挤压或弯曲时，会产生电压，用来感知压力和形变速度。也就是说，碲纳米线同时拥有感知温度、压力和形变速度的三种本领。

“以往热电效应和压电效应产生的信号方向是冲突的，无法同时利用。我们通过巧妙的‘倾斜网状’结构设计，成功让这两种信号在同一个方向上和谐共处。这是我们团队在业界的首创。”于治说。

可以将由碲纳米线制成的柔性单通道多功能热电传感器想象成一个只有一个出口且同时流出三股水流的水龙头，科研人员通过算法，可实时分析水龙头“出口”的总信号，并瞬间分辨出哪个部分代表压力，哪个部分代表速度，哪个部分代表温度，大大简化了结构和数据处理。同时，这个传感器通过感知外界刺激（压力、温度）时自身产生的微弱电压作为信号来源，在工作时实现自供能，并不需要外接电池。

广泛应用于多个领域

金属所热电材料与器件课题组科研人员就像技艺精湛的“材料魔术师”，他们从碲纳米线功能特性出发，通过巧妙的结构设计，造出了一种简单、柔软、多功能还不用充电的超级传感器。相关研究结果近日发表在《自然·通讯》期刊上。

金属所博士研究生曾豪是论文的第一作者，他介绍，这种柔性单通道多功能热电半导体传感器具有优异的性能，应变传感灵敏度、应变率传感灵敏度、温度传感灵敏度等关键指标均优于已报道的同类多模态传感器。

那么，这项技术有什么用？

于治认为，这项研究将为未来科技发展打开许多激动人心的大门。

更智能的机器人。机器人能像人一样，在抓取鸡蛋时不仅能感知力度，还能感知鸡蛋的滑动速度，从而及时调整，以免鸡蛋滑落或捏碎鸡蛋。

更实用的假肢。截肢者可以通过附着电子皮肤的假肢，同时感受到物体的软硬、纹理和温度，获得更真实的触觉体验。

更精准的健康监测。将柔性单通道多功能传感器做成贴附在人体皮肤上的贴片，可以长期、实时地监测关节活动、肌肉震颤和体温变化，更好地开展疾病诊断和康复训练。

下一代人机交互。电子皮肤可以使手机、VR手套等设备的触控体验更加丰富和立体。

当前，人工智能、机器人等领域对柔性多功能集成化、微型化的材料和传感器的需求越来越旺盛。于治表示，当更多特定功能集中于一种材料，必然会大幅减少材料的使用量和成本，可以降低集成和装配等方面的复杂性。热电材料与器件课题组近年来通过对碲等半导体材料基本物理特性的不懈探索，为多功能集成的柔性传感器提供解决思路。未来有望取得更多突破性成果，为电子皮肤真正应用于高端装备、机器人等提供强有力支撑。

沈报全媒体记者：岳雨