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  觸覺感知在人體感知系統中發揮著重要作用。通過整合和處理來自受體的傳感信號，我們的大腦能夠產生一種可視化的感知，反映接觸物體的信息，包括位置、形狀、質地和溫度。因此，使用電子設備將物理信號轉換為電子信號的觸覺模擬，模仿人體感知系統，對于未來人工智能和人機交互的發展有著重大意義。

  近日，電子科技大學向勇教授團隊設計了一種基于PVDF-TrF/TFT/PLLA結構的可視化電子皮膚器件（VTSES），該器件通過壓電、熱電和介電電容的高度耦合，精確感知外界動態力、靜態力及溫度刺激。該器件具有類人類皮膚的多功能傳感特性及良好的生物相容性。此外，通過自行設計的電路陣列和分析軟件，該電子皮膚可以再現大腦的觸覺信息處理過程，實現對觸碰物體的高分辨率可視化重構功能。相關成果以標題為《Electronic Skin Based on PLLA/TFT/PVDF-TrFE Array for Multi-Functional Tactile Sensing and Visualized Restoring》發表于Chemical Engineering Journal。

圖1. (a)人類皮膚和電子皮膚對“感知-轉換-響應“過程的觸覺反饋示意圖。(b) VTSES 器件結構組成示意圖，由垂直集成的 PVDF/PI 層、TFT 層和 PLLA/PI 層組成。

圖2. (a) 大面積PVDF-TrFE/PI薄膜的光學圖像，和 (b) 其對應的壓電系數。(c) PVDF-TrFE/PI應用在VTSES上的按壓和釋放運動，和 (b) 相應的壓電響應電壓信號。(e) 線性電機施加的力大小及器件輸出的壓電信號的強度，以及 (f) 它們之間的線性關系。

圖3. 在集成PLLA/PI的VTSES上沿電極 (a) 1-2-3、(b) 1-4-7 和 (c) 1-5-9 方向的滑動運動。（d、e 、f）分別對應a、b 和 c動態平面刺激產生的響應輸出電壓。(g) L929 細胞細胞毒性檢測。 (h) L929 細胞在PLLA層孵育 72 小時的光學圖像和(i) L929 細胞在對照樣品上孵育72小時的光學圖像。

圖4. (a) VTSES 電極1溫度相應測試過程中的光學圖像和 (b) 熱圖像。(c) 響應輻照開關動作的電壓信號。

圖5. (a) 靜態力可視化傳感陣列、控制系統和讀出系統的電路示意圖。(b) 橡膠立方體的光學圖像和 (c) 由傳感器陣列測量的可視化圖像。(d) 沿 (c) 中所示剖面線的對應信號。(e) 鹿形橡膠立方體的光學圖像和 (f) 其可視化圖像。(g) 沿插圖中剖面線的對應。(h) 蟬翼的光學圖像和 (i) 其可視化圖像。(j) 沿 (i) 中所示剖面線的對應信號。

  該工作提出的可視化電子皮膚在可穿戴設備和人機交互領域顯示出巨大的潛力。

  論文第一作者為電子科技大學材料與能源學院博士后王辛瑜，論文通訊作者為電子科技大學材料與能源學院胡瀟然副研究員與向勇教授。電子科技大學材料與能源學院為論文第一單位。

  原文鏈接：

  X. Wang, X. Ling, Y. Hu, X. Hu, Q. Zhang, K. Sun, Y. Xiang, Electronic skin based on PLLA/TFT/PVDF-TrFE array for Multi-Functional tactile sensing and visualized restoring, Chem. Eng. J. 434 (2022) 134735. 

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.134735

  作者簡介

  王辛瑜，電子科技大學材料與能源學院博士后。畢業于香港理工大學。主要研究方向是低維納米材料的設計及多物理場傳感器開發，相關研究成果發表在Chem. Eng. J，Appl Catal A-Gen，Opt. Express, J. Lumin.上。

  胡瀟然副研究員，師從北京化工大學張立群院士團隊，長期擔任Nano Energy、Advanced Function Materials等知名期刊審稿人。主要研究方向為高分子智能材料與器件，包括基于大面積傳感陣列的壓電材料、形狀記憶材料的設計制備、工藝優化及核心裝備開發；基于可降解生物基聚合物的分子結構、制備路線的設計及在納米增強、3D打印材料方向應用等。在領域內知名期刊和會議上發表SCI論文30余篇，申請專利10余項。承擔和參與了多項國家科研項目。

  向勇教授，電子科技大學先進能源技術研究院院長、教授、博士生導師，材料與能源學院黨委委員、教授委員會主任，校科技委委員，教育部科技委能源交通學部委員。2000年本科畢業于中國科學技術大學（郭沫若獎學金獲得者），2001年和2005年碩士和博士畢業于美國哈佛大學；2005-2009年任美國英特爾公司總部高級工程師/項目經理；2009年回國任教電子科技大學，歷任微電子與固體電子學院院長助理，能源科學與工程學院副院長，材料與能源學院院長；2019年起任先進能源技術研究院院長，兼任四川省柔性顯示材料基因組工程研究中心主任。主要從事材料基因工程、分子集成器件、柔性智能傳感、結構化信息化電池等方面研究工作，近五年帶領團隊承擔了60多項國家級、省部級科研項目，累計經費11000多萬元，發表學術論文300多篇，授權國內外發明專利100余項，部分已實現轉化。曾獲2004年美國材料研究協會銀獎、2006年美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室主任獎、2011年教育部新世紀優秀人才、2014年四川省特聘專家、2017年四川省科技進步二等獎、2019年中國工程院工程前沿杰出青年學者等榮譽稱號。指導學生創新創業團隊獲得2016年全國“創青春”大學生創業大賽金獎、2018年團中央“小平科技創新團隊”、2019年中國“互聯網+”大學生創新創業大賽金獎、2021年中國“互聯網+”大學生創新創業大賽銀獎等國家級獎項。目前擔任國家材料基因工程計劃專家組成員，國防領域能源方向專家組成員，中國材料學會材料基因組分委會副秘書長，四川省電子學會青年委員會主任等學術兼職。