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- 仿生電子皮膚實現(xiàn)觸覺 - 溫度雙模感知,假肢觸感接近人類
- 來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2025/8/7
韓國科學技術院(KAIST)機器人與智能系統(tǒng)實驗室研發(fā)的仿生電子皮膚,在《科學進展》發(fā)表的論文中展示了其突破性性能:可同時檢測 0.1-100kPa 范圍內(nèi)的壓力變化和 10-50℃的溫度波動,空間分辨率達 100dpi(每英寸 100 個傳感單元),響應時間僅 5 毫秒,各項指標全面超越現(xiàn)有產(chǎn)品,使假肢首次具備接近人類皮膚的觸感分辨能力。
這款電子皮膚采用三明治式三層結(jié)構(gòu)設計:底層是基于石墨烯的壓力傳感器陣列,通過壓阻效應(壓力導致材料電阻變化)實現(xiàn)力學感知,其石墨烯片層間的微褶皺結(jié)構(gòu)使靈敏度達到 0.5kPa⁻¹,可感知蝴蝶停落的壓力;中層為垂直生長的氧化鋅納米線網(wǎng)絡,利用其壓電特性實現(xiàn)溫度檢測,納米線的直徑僅 50 納米,確保了快速的熱響應;頂層是聚酰亞胺柔性封裝層,厚度僅 20 微米,可承受 10 萬次彎折而不損壞。
“我們在傳感器陣列中集成了 2048 個獨立通道,通過時分復用技術實現(xiàn)并行信號采集! 研究帶頭人李在煥教授在演示中展示,裝配該電子皮膚的假肢能準確區(qū)分絲綢(0.2kPa)與砂紙(5kPa)的觸感差異,甚至能辨別 37℃與 38℃的溫差 —— 這相當于人類指尖對溫度的分辨極限。
臨床試驗的效果更為顯著。在對 12 名前臂截肢患者的 6 個月測試中,使用該電子皮膚的假肢用戶,物體識別準確率從傳統(tǒng)肌電假肢的 65% 提升至 92%,其中對易碎物品(如雞蛋)的抓取成功率從零提升至 83%;颊邼M意度調(diào)查顯示,佩戴舒適度評分(10 分制)從 4.2 分提高至 7.8 分,83% 的使用者表示 “能感受到接近真實的觸感反饋”。
該技術的產(chǎn)業(yè)化進程正在加速。韓國現(xiàn)代重工已獲得獨家授權(quán),計劃 2028 年將其應用于汽車裝配線機器人,預計使精密部件裝配效率提升 50%,誤操作率降低 90%。醫(yī)療領域,首爾國立大學醫(yī)院正推進臨床驗證,目標 2029 年實現(xiàn)商業(yè)化,初期定價約 8 萬美元,僅為現(xiàn)有進口觸覺假肢的 1/3。
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