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  當前人工智能快速發展，各種類人功能智能機器人層出不窮，觸覺感知是人類和未來智能機器探索物理世界的基礎性功能之一，發展具有觸覺功能的仿生電子皮膚柔性感知器件，并實現器件與柔軟組織間的機械匹配性具有重要的科學意義和應用價值。

  受指紋能夠感知物體表面紋理的啟發，中國科學院蘇州納米所張珽研究員團隊在前期研究基礎上（Nano Research 2017, 10(8): 2683-2691），采用內外兼具金字塔敏感微結構的柔性薄膜襯底及單壁碳納米管導電薄膜，設計與制備了具有寬檢測范圍（45-2500 Pa）、高靈敏度（3.26 kPa-1）的疊層結構柔性振動傳感器件-（圖1b）。并建立了其摩擦物體表面時振動頻率與物體表面紋理粗糙度的模型：f = v/λ（圖1；v：柔性傳感器相對速度運動；f：振動頻率；λ：起伏間距即波長）。該柔性仿生指紋傳感器可應用于物體表面精細紋理/粗糙度的精確辨別，最低可檢測15 μm×15 μm的紋路，超過手指指紋的辨識能力（~50 μm×50 μm）。也能夠實現對切應力、及盲文字母等高靈敏檢測與識別，這些特性將在機器人電子皮膚的觸覺感知、智能機械手等方面有重要潛在應用。相關結果已發表在Small (2018, 1703902, 1-9; DOI: 10.1002/smll.201703902)，并被Advanced Science News以“A New Bionic Skin; Makes Sense”為標題報道（圖2），論文第一作者是碩士研究生曹玉東和李鐵博士。  

圖1. （a）手指粗糙度觸覺感知仿生模型；（b）疊層結構柔性指紋傳感器模型；（c）柔性傳感器實現仿手指指紋織物紋理響應及其（d）最小粗糙度感知與（e）對盲文字母感知。

圖2 Advanced Science News對仿生指紋柔性傳感器報道

  作為柔性可穿戴電子，器件與柔軟組織間的機械不匹配是該領域需要解決的關鍵科學問題之一。針對上述關鍵科學問題，近期張珽研究員團隊報道了一種具有褶皺核鞘結構的纖維狀超延展柔性應變傳感器，該傳感器在全工作范圍內有高靈敏度，既可以對微弱應變又可以對大應變有良好的響應。依據模型,

， , ，（H:褶皺振幅，h：鞘層厚度，epre：纖維核預應變，ec：纖維核材料產生褶皺的臨界應變，l：褶皺波長，hs：鞘層單層薄膜的厚度，n：鞘層薄膜層數），通過預拉伸-包裹-釋放策略可控的引入褶皺結構，這些褶皺相互接觸構成了額外的接觸電流通路（圖3）。該導電通路會在器件被拉伸的過程中因褶皺分開而發生明顯的變化，加之鞘層為對應變敏感的MWCNT/TPE復合薄膜，因此該應變傳感器在極大的應變范圍內（> 1135%）均具有高靈敏度（GF: 21.3, 0%-150%; 34.22, 200%-1135%）。這些優異的性能賦予了超延展應變傳感器對微小肌肉運動以及大范圍的關節運動實時監測的能力，同時也可應用于植入醫療，如用于數字化評定肌腱康復（圖4）。該研究成果近期發表于Advanced Science （DOI: 10.1002/advs.201800558），文章第一作者是博士研究生李連輝。 

圖3. （a）纖維狀超延展應變傳感器的制備流程示意圖；（b）器件拉伸光學照片；（c）不同預拉伸條件下得到器件的應變電阻變化曲線；（d）不同預拉伸條件下得到器件的表面形貌；（e）應變傳感器拉伸過程中的表面形貌。

圖4. （a）由纖維超延展應變傳感器制作的手環對手臂做不同動作進行實時監測的電阻變化曲線；（b）纖維超延展應變傳感器監測喉嚨肌肉的變化曲線；（c）纖維應變傳感器綁定于大鼠肌腱上的光學照片；（d）大鼠腿部不同動作的示意圖；（e）器件對大鼠腿部動作的響應。 

  上述工作得到了國家自然科學基金（61574163），江蘇省杰出青年基金（BK20170008）和中國博后基金（2017M611945）的支持。