近年来，电子皮肤作为一种新兴的柔性传感器件，以其仿皮肤的结构和功能，在健康医疗、触觉反馈仿生电子、机器人等领域都有重要的应用价值，受到学者的广泛关注。特别是在机器人触觉感知方面的作用尤为关键，电子皮肤不仅提供了人-机-物交互的桥梁，更通过其独特的触觉通道，赋予了机器人更为丰富的感知能力，在提高人机交互的舒适性和安全性方面展现出巨大潜力。为了在复杂环境中准确感知并响应，需要电子皮肤拥有超宽量程、高线性度、高一致性等特性。普遍采用技术路径是印刷电子技术，具有印刷成本低、周期短、可实现批量化生产、适应性强等优点，为电子皮肤的制造提供了新的可能性，成为了规模化制造电子皮肤的优选技术。
近日，重庆绿色智能技术研究院机器人技术与系统中心在《Nano Energy》期刊发表了题为“Leather-Based Printed Tactile Sensor Array for Robotic Interactive Skin”的论文。该研究发展了一种新型的皮革基微结构表面丝网印刷技术，制备出具有垂直梯度导电纤维网络的阵列式电子皮肤。这种独特的多层分级导电纤维网络力敏结构，允许传感器在较宽的压力范围（0-4.5 MPa）内仍保持高线性度（99.30%）和高一致性（99.98%）。还具有快速响应时间（10 ms）、快速恢复时间（＜10 ms）、优良的稳定性（~7500循环）和稳定的动态响应性能。同时，其优异的柔韧性使该触觉皮革器件更好地共形贴装于机器人体表。此外，使用了Tet-Net卷积神经网络作为骨干网络，结合深度可分离卷积、多尺度特征提取模块、非对称卷积块等，建立了接触物体识别残差网络(COR-Net)和基于注意力机制的交互手势识别残差网络 (IGR-Net) ，成功识别了接触不同物体的硬度材质用于碰撞预警，以及判断人手交互意图，准确率分别为95%和98.48%，机器人可以根据人的交互意图完成物体抓取和搬运等操作。该项研究证实了电子皮肤技术可大大提升机器人人机交互的安全性和自然性。
机器人技术与系统中心研究生张冰雪为论文第一作者，魏大鹏研究员为论文通讯作者。该研究结果展示了柔性印刷式触觉皮革器件在人机交互领域巨大的应用潜力，得到了重庆市科技局、西藏自治区科技厅和重庆市人才计划等项目的支持。
相关论文链接： https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110379
电子皮肤系统