电子皮肤 2014年7月22日 让机械手也能“感知”真实世界 什么是电子皮肤？ 电子皮肤，一种可以让产生触觉的系统，其结构简单，可被加工成各种形状，能 像衣服一样附着在设备表面，能够感知到物体的地点和方位以及硬度、甚至温度 热量等信息。 生物皮肤与电子皮肤 生物皮肤 不同类型的压力（硬度） 温度与热量 空气及水流 痛觉等（保护作用） 电子皮肤 首先具备生物皮肤现有的功能 甚至具有生物皮肤不具备的功 能：如感受声波，超声波，测 量血压，心跳等更加先进的功 能。 表皮 真皮 传感器 电子皮肤的应用价值 假肢制造 全球残疾人约占总人口的5% 我国截肢者约有89万人 绝大多数截肢者依靠假肢行走，假肢的好坏直接影响他们的生活，因此，对假 肢制造带来了很大的挑战 机器人表面感应 使机器人能够抓住和操作物体，识别表面纹理和硬度，感受物体温度状况。 假肢 机械手抓取 研制电子皮肤的技术难点 一、信息获取（传感器） 二、信息转换与传递 对于机器人手臂，由于信息处理中心即是采用电作为传递信号，因此， 信息转换与传递并不复杂。 对于假肢，截肢表面与假肢接口之间的表面应力分布对于对于一个假肢 接口系统而言，显得尤为重要。 界面应力与应变 界面温度变化 表面流动 痛楚 技术难点的当前解决方案之一 平行板电容器压力传感器声表面波压力传感器 界面应力与应变 界面应力与应变平行板压力传感器 Z向压力：压力改变两个板之间的距离，从而改变电容，从而测得压力。 X，Y向剪切力：剪切力改变两个基板之间的重合面积，从而测得剪切力。 平行板电容器 界面应力与应变声表面波压力传感器 平行板电容压力传感器的最大测量误差为4%，对于小于11KPa范围内压力 无法测量和分辨，为弥补这一缺点，设计了新型了声表面波压力传感器。 声表面波 声表面波压力传感器 界面应力与应变声表面波压力传感器 输入叉指换能器使压电衬底产生声表面波，声表面波通过输出叉指换能器将表 面波转换成电信号，经过放大器，输出频率信号。如果外界存在压力F，会改 变声表面波的传播路径，从而引起频率信号变化，从而可以非常精确地测得应 力。 最新研究进展 Jonghwa Park教授和同事模拟手指指纹凹槽结构设计了铁电薄膜，显微 放大人体指尖皮肤的“山脉脊状”结构，感知流动。 通过添加一种聚合物制成的复合材料和减少氧化石墨烯，该薄膜能够使用 传感电子电荷探测到触觉和温度变化。 皮肤指纹与电子皮肤脊状 技术瓶颈：电子皮肤与人体大脑之间的信息传递仍是一个技术难题。 谢谢！