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近日，東南大學電子科學與工程學院青年教師吳俊課題組研發(fā)了一種水驅動機械性能可調的全屬性凝膠電子皮膚，無限接近真實皮膚，可以實現(xiàn)多信息的集成耦合，其最新成果在國際著名學術期刊《ACS Nano》在線發(fā)表。

單個器件可感知分析多重信息

“電子皮膚包括兩層含義，首先它要具備皮膚一樣的特征，形態(tài)柔軟、可拉伸等，同時也具備皮膚一樣的功能，能夠感知到溫度、壓力等?！眳强〗榻B，目前的電子皮膚研發(fā)面臨兩大挑戰(zhàn)，一是如何提升單個器件性能的穩(wěn)定性，二是如何將多種信息進行集成耦合。通常這類工作僅覆蓋皮膚的兩種或三種屬性，距離實現(xiàn)皮膚般豐富的刺激感知感官和理化特性還有很大差距。如果實現(xiàn)對人類皮膚的多樣物理-化學和感官特性的高效重現(xiàn)，則將會成為人機界面復雜多功能仿生應用的核心技術與下一代電子皮膚的革新型成果。

基于多材料異質改性蠶絲蛋白體系，東大團隊首次提出全皮膚理化（可修復、可降解、弱酸抑菌性、防火性）—電（壓力、溫度、濕度、應變、接觸感知）復合功能屬性的電子皮膚，具備類皮膚的移植重構能力?！拔覀兿胍趩蝹€器件里既感知溫度信息，又感知壓力信息，還能感知剪切力等信息，這么多感知到的信息所輸出的都是電信號，那么如何區(qū)分不同電信號對應的是哪一類信息正是研發(fā)的難點所在?！眳强〗忉專|覺傳感器被中科院列為與光刻機、芯片并列的關鍵“卡脖子”技術之一。其中，可與生物神經(jīng)系統(tǒng)交互的觸覺電子皮膚對智能機器人義肢、人體增強、新型人機界面至關重要?；趫F隊多年來在仿生多模軟觸覺傳感器上的研究，此次研發(fā)的新型皮膚可應用于機器人皮膚以展示其在捕獲多種刺激信息、重構配置所需功能方面的高度類皮膚屬性。同時，其類皮膚屬性具備優(yōu)異的皮膚兼容性，可用于可穿戴皮膚，輔助以深度學習后還可以實現(xiàn)實時動態(tài)手勢識別。

“多種信息在分別感知后還需要再次融合在一起，從而建立對皮膚接觸物體/環(huán)境的更精準的認知，如溫度信息相同，但區(qū)分接觸物的堅硬度不同等?！眳强”硎荆瑢τ谌藖碚f，在處于一個陌生環(huán)境里時，我們可以借助視覺、聽覺、觸覺等多感官進行認知，而現(xiàn)有機器人往往更多的是依賴視覺，僅利用攝像頭來建立對周圍環(huán)境的認知，離重建機器人全感知仿生域仍有很大差距。因此，在非結構環(huán)境（即陌生環(huán)境）之下，我們需要借助這種新型電子皮膚賦予機器人多維感知能力。

人機信息智能界面 讓交互無限可能

隱形眼鏡實時測眼壓、頭戴式發(fā)箍引導盲人辨方向……除了無限接近于真實皮膚的新型電子皮膚，在東南大學顯示技術研究中心，還有不少軟觸覺傳感器的創(chuàng)新應用。

“我們將銀與單壁碳納米管材料相結合，在隱形眼鏡中植入軟線圈。當使用者將這種隱形眼鏡戴上后，線圈便會隨著角膜的形變一并發(fā)生形變，進而測量眼內壓的數(shù)值?！眻F隊成員張弛說，這種可測量眼內壓的新型隱形眼鏡解決了臨床上青光眼病變眼壓異常波動不易捕捉的難題。使用人只需要正常佩戴這款隱形眼鏡，便可以實時監(jiān)測眼壓，同時隱形眼鏡收集到的數(shù)據(jù)也會通過藍牙等通信方式傳輸?shù)较鄳謾C上，以便于分析和記錄。

除此之外，近眼健康監(jiān)測界面在未來或許可以帶來全新的智能生活體驗。“我們可以在隱形眼鏡視網(wǎng)膜中心點的地方置入一個微型的顯示像源。當它緊貼角膜時，我們無需聚焦，顯示像源上的畫面就可以自然而然地投影到視網(wǎng)膜上?！眳强∨e例說，即使是閉著眼睛，我們也可以看電影；而當我們睜開眼睛時，視網(wǎng)膜上的畫面還可以與周圍環(huán)境畫面進行疊加，類似于AR（增強現(xiàn)實）的效果。

“實際上，電子皮膚和隱形眼鏡都屬于人機信息智能界面的分支，人機信息智能界面的作用在于獲取人體/機器人的信息，獲取環(huán)境的信息。人機信息智能界面不僅可以精準表達‘我’的意圖，同時還可以讓‘我’精準感知到別人的意圖。近年來大熱的元宇宙，常常被人詬病只能單向的‘生活’在虛擬世界里，而借助各式各樣的人機交互界面，則可以實現(xiàn)雙向交互?！眳强∫越换ナ痔诪槔忉?，人們通過穿戴交互手套、做出特定的手勢，向智能終端（如機器人、元宇宙環(huán)境里的某一虛擬人物等）發(fā)出指令，智能終端也會利用手套內置的傳感器、制動器等，返回給使用者一定的反饋信號，此時交互手套就是一個幫助人與智能終端溝通交互的界面。吳俊展望道，在未來，觸覺傳感器上的進一步的研發(fā)將可以精準、靈敏的模擬人手觸覺反饋，真正實現(xiàn)現(xiàn)實與虛擬世界的“觸覺交互”。這也就意味著，透過手套，我們不僅能感受到虛擬世界中“握手”等簡單動作，還將可以感受到風的吹拂、水的柔軟、鋼鐵的堅硬、木頭的粗糙等復雜的材質信號，打開虛擬現(xiàn)實深度融合的未來。

這種具身性的交互未來或許還可以上升到情感層面，通過視、觸、嗅等多種感官的人機交互界面的多模信號融合，在虛擬世界可以與離去的親人、異地的戀人進行沉浸式互動，也可以為心理治療領域智慧賦能。

以科學名世 以人才報國，東南大學始終堅持“四個面向”為實現(xiàn)高水平科技自立自強不懈奮斗，東大青年必將牢記科創(chuàng)報國使命，為中國式現(xiàn)代化建設作出貢獻！