李阳/沈国震AM: 机器学习助力仿生电子皮肤新突破，实现通用触觉认知！

目前电子皮肤的大部分研究都是通过模仿皮肤的局部结构来完成其构建，从而实现仅对单一刺激的触觉感知。然而，利用由表皮-真皮-皮下组织组成的全皮肤仿生（FSB）结构结合毳毛状结构（VHS）的电子皮肤的开发和突破几乎没有探索。

在此，济南大学李阳副教授、北京理工大学沈国震研究员等人提出了一种基于人体FSB结构的电子皮肤，并探讨了电子皮肤领域的技术突破和发展前景。研究表明，所提出的电子皮肤不仅具有触觉感知功能，而且由于配备了“大脑”，因此实现了通用智能触觉认知的特性。更重要的是，脑控电子皮肤充分利用提出的FSB结构呈现出先进的智能触觉认知功能，一次接触即可准确识别材料种类和位置，超越了人类的能力。

FSB电子皮肤具有3层结构配置：采用双面异质顶层模拟人毳毛和表皮；基于双面层状微锥结构（LMS）离子凝胶的中间层用于模拟皮肤真皮；底层单面LMS用于模拟皮下组织。因此，所提出的FSB电子皮肤具有对低于1 kPa的压力具有8053.1 kPa^-1的超高灵敏度，在1~34 kPa的压力范围内对应于3103.5 kPa^-1灵敏度的线性响应及快速响应/恢复时间（<5.6毫秒）。

图1. 非接触式感知和手势认知的演示

为证明所提出的FSB电子皮肤具有从触觉感知到高级智能触觉认知的能力，作者探索了3个具体应用，包括：

i）基于FSB 电子皮肤类毳毛层的摩擦电效应，将柔性感知阵列应用于模拟毳毛功能的非接触式静态/动态信息触觉感知；

ii）利用FSB电子皮肤的超级电容离子电子效应，实现了由五层多层感知器（MLP）神经网络辅助的手势形态认知手套安装系统以促进通用智能触觉认知；

iii）通过将FSB电子皮肤与六层MLP神经网络技术和包括信号采集、传输、处理和显示功能的各种单元相结合，作者构建了一个先进的智能材料认知系统，只需一次接触即可实现对不同材料的准确认知、定位、实时显示，平均准确率达到98.34%。

总之，这项研究提出的器件设计、系统构建和微纳处理方法必将为柔性电子研究领域，特别是柔性智能机器人、智能假肢和元宇宙领域带来新的启发。

图2. 先进的智能材料认知系统演示

Perception-to-Cognition Tactile Sensing Based on Artificial-Intelligence-Motivated Human Full-Skin Bionic Electronic Skin, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202622

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