隨著人機融合技術持續發展,具備多模態感知與閉環交互能力的可穿戴電子接口已成為智能設備的關鍵支撐。因此,柔性傳感器成為實現體溫、運動、生化標志物等生理參數實時健康監測的核心部件。受天然皮膚的啟發,電子皮膚(e-skins)的研發受到了越來越多的關注,推動了可同時響應多種外部刺激的單組分多模態傳感器的發展。多模態傳感器和電子皮膚的最新進展表明,通過整合離子導體、導電聚合物或雜化納米復合材料,可實現對溫度、壓力、應變和濕度的同步感知。麥姆斯咨詢獲悉,近日,太原理工大學集成電路學院張虎林教授在國際頂級期刊Nature Communications發表了題為“A self-powered hydrogel electronic skin with decoupled multimodal sensing for closed-loop human-machine interactions”的研究型論文。研究團隊受人類皮膚感知機制的啟發,將熱伏效應(thermogalvanic effect)、離子壓電效應(piezoionic effect)與擴散效應(diffusion effect)協同集成于單一水凝膠體系中,分別對應模擬皮膚中自由神經末梢的溫度感知功能、梅克爾細胞的機械壓力感知功能以及魯菲尼末梢的電解質感知功能。為實現三種傳感機制之間的有效耦合,水凝膠被設計為具有應力調控能力的棱柱結構。該結構能夠在外部載荷作用下誘導應力向尖端區域集中,并沿皮膚法線方向增強應力驅動的離子極化行為,從而顯著提高器件的輸出電流響應與機械靈敏度。通過機器學習模型解耦的多模態生理傳感
基于該多模感知電子皮膚水凝膠,團隊進一步設計了一種高度集成的主動多模態信號生成腕帶。該腕帶集成了基于水凝膠的信號生成單元、信號處理與無線傳輸電路以及信號反饋控制單元,結合機器學習算法,該系統可實現對復雜刺激信號的高精度識別與手勢指令解碼,同時支持生理參數監測、機器人控制以及觸覺反饋再現功能。該研究為構建高效、柔性、多功能的人機交互系統提供了一種材料與結構協同設計的新路徑。https://www.nature.com/articles/s41467-026-69450-9延伸閱讀:
《可穿戴傳感器技術及市場-2025版》
《電子皮膚貼片技術及市場-2022版》
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
