在觸覺傳感和新興電子技術領域，大面積、可變形、可拉伸的傳感器網絡備受青睞。基于摩擦納米發電機（TENG）的單電極模式自供電觸覺傳感器因其優異的性能，被認為是理想的解決方案之一。然而，單電極摩擦電傳感器在大面積、多路復用應用方面受到限制，這是由于傳感節點和高密度內部電路之間的電信號干擾會造成嚴重的誤識別。

據麥姆斯咨詢報道，針對上述問題，蘇州大學劉瑞遠教授、孫寶全教授團隊和臺灣中興大學賴盈至教授團隊聯合提出一種創新的電信號屏蔽策略，實現了誤識別率超低（0.20%）的大面積、多路復用、自供電、無約束摩擦電電子皮膚（UTE-skin）。UTE-skin能夠在全向可拉伸應變下穩定工作，可實現高質量的壓力成像和多點觸摸的實時可視化。研究人員展示了UTE-skin的多項應用，包括用于觸覺識別的智能手套、用于步態分析的智能鞋墊以及可適應不同形態的人機界面（HMI）。這項研究成果標志著觸覺傳感領域的重要突破，為以往難以克服的大面積、多路復用傳感陣列難題提供了解決方案。相關研究成果以“Large-area, untethered, metamorphic, and omnidirectionally stretchable multiplexing self-powered triboelectric skins”為題發表在Nature Communications期刊上。

在這項工作中，研究人員提出一種有效的電信號屏蔽策略，成功解決了電子皮膚中傳感節點與內部連接線路之間的誤識別問題。通過采用可擴展且簡單的制造工藝，研究人員實現了各種柔性材料的無縫集成，開發出一種大面積、無約束、可拉伸的多路復用摩擦電電子皮膚UTE-skin。該全向可拉伸UTE-skin（4 × 4陣列，占據25 cm × 25 cm區域）由高度柔性的電子材料制成，包括用作可拉伸摩擦電層和支撐基底的Ecoflex彈性體，作為屏蔽層的炭黑-Ecoflex彈性復合材料，以及電極和電氣連接。

圖1 無約束摩擦電電子皮膚（UTE-skin）的設計圖示

具體而言，通過設計基于導電納米復合材料的全方位可拉伸和可變形屏蔽層，UTE-skin實現了0.20%的超低誤識別率。即使在100%單軸、100%雙軸和400%各向同性拉伸應變狀態下，UTE-skin也能穩定工作。同時，即使在輕微低頻壓力下，UTE-skin也能產生顯著且穩定的電信號，從而確保其作為自供電機械信號傳感的可拉伸傳感器網絡的可行性。此外，研究人員通過觸覺傳感成像實驗進一步證實了炭黑-Ecoflex復合基屏蔽層在消除誤識別方面的有效性，展現了UTE-skin在高空間分辨率下精確定位外部刺激的顯著優勢。

圖2 UTE-skin在單軸、雙軸和各向同性拉伸應變下的電性能表征

圖3 用于壓力映射和觸摸識別的可拉伸傳感器網絡

這種創新設計的UTE-skin能夠提供清晰的壓力成像和多點觸摸的實時可視化。研究人員展示了UTE-skins在用于手勢識別的智能手套以及用于步態檢測的智能鞋墊中的應用。此外，UTE-skins還支持創建系統級傳感平臺，用于實現涉及人機界面的沉浸式強化訓練，例如實時球形游戲控制器和可穿戴智能手機鍵盤等。

圖4 UTE-skins在智能手套和智能鞋墊中的應用

圖5 UTE-skin自供電傳感器陣列的系統級應用

綜上所述，這項研究工作為開發可擴展、無約束、多路復用自供電電子皮膚奠定了基礎，UTE-skin將在觸覺傳感、人機界面、醫療護理/輔助以及類人/機器人感知等實際應用領域展現出巨大的應用潛力。

審核編輯：劉清