電鰻之所以能在渾濁水域里精準捕食，靠的不是眼睛，而是一種名為“電場感知”的特殊能力。西安電子科技大學空間科學與技術學院副教授張維強團隊從上述生物現象中獲得靈感，研發出一種新型仿生非接觸感知技術，可為智能制造、人機交互和工業檢測等領域發展提供科技支撐。
“我們不是完整復制電鰻的生物系統，而是借鑒它‘建立電場—感知擾動—提取信息’的基本原理。”張維強告訴記者，電鰻能夠主動在身體周圍建立一個電場，并通過感知外界物體對電場的擾動來判斷環境。團隊借鑒這一機制，利用經過電暈極化處理的含氟聚合物駐極體材料，構建了一款固態仿生靜電場傳感器。
仿生靜電場非接觸感知原理及典型應用示意圖
這塊駐極體材料可以通俗地理解為一顆微型的“靜電電池”。“它經過‘充電’后能夠長期保持電荷狀態，在傳感器周圍形成一個相對穩定的準靜態電場，就像在傳感器周圍布下了一張看不見的‘電場蜘蛛網’。”張維強進一步解釋，當任何目標物體——無論是金屬、塑料、玻璃還是人的手，靠近這個區域時，其自身的導電性、介電特性和幾何邊界會改變局部電場分布，就像石子投入水面會引起波紋一樣，這種變化會在傳感器的接地背電極上產生可測量的電勢調制信號，從而實現非接觸感知。整個感知過程不依賴主動發射信號，無需機械接觸，也不受環境光照條件影響。
張維強說：“傳統的摩擦電傳感器更多強調接觸或機械運動帶來的電信號變化，而這項工作進一步把關注點從‘接觸界面電荷行為’延伸到‘非接觸電場擾動感知’。”
該傳感器的靈敏度有多高？張維強給出了一個直觀的數據：“位置移動50微米就能產生約1伏特的電壓變化。”50微米大約是一根頭發絲直徑的一半，這意味著傳感器足以捕捉到像指尖劃過般的極其輕柔的動作。在超過1萬次的“接近—遠離”循環測試后，其信號響應依然保持穩定，未出現明顯衰減。這套感知系統對各類材質具有廣泛的適應性，金屬、聚合物、玻璃、木材等均可產生響應。
目前，團隊已將該傳感器成功應用于機械臂手勢識別控制、工業無損檢測等領域。下一步，團隊將在智能制造、機器人近場感知、裝備狀態監測和人機交互等方向推動該傳感器落地應用。
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