皮肤是人体感知外界环境的重要界面，能够通过复杂的机械感受和化学感知系统实现触觉、温度以及生理状态的信息获取。自然界中的动物也具有高度特化的感知结构，例如浣熊爪掌部皮肤能够通过水分调节柔软性和表面贴合能力，从而提升对细微纹理和环境刺激的感知。然而，现有柔性电子皮肤在实际应用中仍面临诸多挑战，包括依赖外部供电、难以同时实现滑动感知与材料识别、以及汗液分析过程中需要复杂的选择性识别界面等问题。因此，开发具有自主驱动、多模态感知和简易集成能力的新型柔性传感平台，对于智能机器人、人机交互以及健康监测具有重要意义。

  受浣熊爪掌部皮肤“吸水增强感知”的结构功能特点启发，太原理工大学集成电路学院张虎林教授团队联合清华大学生物医学工程学院李舟教授在《Biosensors and Bioelectronics》发表重要研究成果。他们提出了一种仿生浣熊爪多孔水凝胶电子皮肤（porous hydrogel electronic skin, PHES），利用蔗糖牺牲模板方法构建具有互联孔道结构的轻量级多孔聚乙烯醇（PVA）水凝胶网络，并引入[Fe(CN)₆]^3-/4- 氧化还原对赋予电子皮肤热电转换能力，实现了无需外部电源驱动的自供电触觉感知功能。该工作巧妙结合生物仿生结构设计与热电水凝胶电子技术，将机械刺激和生理信息转化为可识别电信号，为构建新一代智能电子皮肤提供了新的设计思路（图1）。

图1. 仿生浣熊爪多孔水凝胶电子皮肤设计

  研究团队通过调控蔗糖模板比例，实现了水凝胶孔结构和力学性能的精准调节。其中，优化后的多孔水凝胶具有良好的柔软性、可压缩性以及连续离子传输通道，可实现与人体皮肤和复杂曲面的良好贴合。该电子皮肤基于热电凝胶产生稳定电压，并利用压力诱导的离子传输阻抗变化调节输出电流，实现主动压阻式自驱动压力感知。器件表现出161.3 kPa^-1的高灵敏度、2.5 Pa的超低检测限以及65 ms响应时间和75 ms恢复时间，能够准确捕获微弱压力变化和人体脉搏信号（图2）。

图2. 多孔水凝胶结构优化及自驱动压力传感性能

  进一步地，为模拟人体皮肤对物体表面纹理和滑动状态的感知能力，研究团队在水凝胶表面引入蜂窝状仿生接触层，使电子皮肤能够捕获滑动过程中产生的动态机械信号。结合深度学习算法，该电子皮肤能够从不同表面产生的复杂电流波动中提取特征，实现对9种实际材料表面纹理的智能识别，准确率达到95.23%。这一成果突破了传统柔性压力传感器只能感知静态压力的限制，使电子皮肤具备类似生物皮肤的滑觉感知能力，为智能机器人触觉反馈和人机交互提供了新的技术方案（图3）。

图3. 滑觉感知与表面纹理智能识别

  此外，该团队进一步拓展了多孔水凝胶在生理信息监测领域的应用潜力。利用多孔网络对不同离子的扩散动力学差异，研究人员无需额外构建离子选择膜，即可将混合汗液中Na⁺、K⁺、Ca²⁺等离子的动态迁移过程转化为具有特征性的汗液“指纹”。结合深度学习模型，该系统能够实现8种人工汗液组成的分类识别，准确率达到95.0%，并集成电致变色模块将电解质状态转换为直观视觉反馈，实现汗液状态的可视化显示（图4）。

图4. 基于离子扩散动力学的汗液指纹识别与视觉反馈

  该研究首次展示了一种基于单一多孔热电水凝胶平台的融合感知策略，将机械触觉、滑动感知以及汗液离子分析集成于同一种柔性器件中，实现了从外部环境刺激到人体状态信息的多维获取。该成果为自驱动电子皮肤、智能假肢、软体机器人以及下一代可穿戴健康监测系统的发展提供了新的材料平台和技术路径。

  该研究以“Raccoon-paw-inspired porous hydrogel electronic skin for self-powered fused perception”为题发表于《Biosensors and Bioelectronics》。太原理工大学硕士生文粟轶和博士生李宁为共同第一作者，张虎林教授与清华大学李舟教授为通讯作者。研究获得国家自然科学基金（52475600、U25A20417）以及山西省科技合作交流专项（202304041101021）支持。

  该成果是张虎林教授团队关于水凝胶热电器件研究的最新进展之一，这项工作构想了深度学习辅助的热电凝胶电子在触觉感知和健康监测中的广阔前景。

  原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2026.119180