触觉感知在人体感知系统中发挥着重要作用。通过整合和处理来自受体的传感信号，我们的大脑能够产生一种可视化的感知，反映接触物体的信息，包括位置、形状、质地和温度。因此，使用电子设备将物理信号转换为电子信号的触觉模拟，模仿人体感知系统，对于未来人工智能和人机交互的发展有着重大意义。

  近日，电子科技大学向勇教授团队设计了一种基于PVDF-TrF/TFT/PLLA结构的可视化电子皮肤器件（VTSES），该器件通过压电、热电和介电电容的高度耦合，精确感知外界动态力、静态力及温度刺激。该器件具有类人类皮肤的多功能传感特性及良好的生物相容性。此外，通过自行设计的电路阵列和分析软件，该电子皮肤可以再现大脑的触觉信息处理过程，实现对触碰物体的高分辨率可视化重构功能。相关成果以标题为《Electronic Skin Based on PLLA/TFT/PVDF-TrFE Array for Multi-Functional Tactile Sensing and Visualized Restoring》发表于Chemical Engineering Journal。

图1. (a)人类皮肤和电子皮肤对“感知-转换-响应“过程的触觉反馈示意图。(b) VTSES 器件结构组成示意图，由垂直集成的 PVDF/PI 层、TFT 层和 PLLA/PI 层组成。

图2. (a) 大面积PVDF-TrFE/PI薄膜的光学图像，和 (b) 其对应的压电系数。(c) PVDF-TrFE/PI应用在VTSES上的按压和释放运动，和 (b) 相应的压电响应电压信号。(e) 线性电机施加的力大小及器件输出的压电信号的强度，以及 (f) 它们之间的线性关系。

图3. 在集成PLLA/PI的VTSES上沿电极 (a) 1-2-3、(b) 1-4-7 和 (c) 1-5-9 方向的滑动运动。（d、e 、f）分别对应a、b 和 c动态平面刺激产生的响应输出电压。(g) L929 细胞细胞毒性检测。 (h) L929 细胞在PLLA层孵育 72 小时的光学图像和(i) L929 细胞在对照样品上孵育72小时的光学图像。

图4. (a) VTSES 电极1温度相应测试过程中的光学图像和 (b) 热图像。(c) 响应辐照开关动作的电压信号。

图5. (a) 静态力可视化传感阵列、控制系统和读出系统的电路示意图。(b) 橡胶立方体的光学图像和 (c) 由传感器阵列测量的可视化图像。(d) 沿 (c) 中所示剖面线的对应信号。(e) 鹿形橡胶立方体的光学图像和 (f) 其可视化图像。(g) 沿插图中剖面线的对应。(h) 蝉翼的光学图像和 (i) 其可视化图像。(j) 沿 (i) 中所示剖面线的对应信号。

  该工作提出的可视化电子皮肤在可穿戴设备和人机交互领域显示出巨大的潜力。

  论文第一作者为电子科技大学材料与能源学院博士后王辛瑜，论文通讯作者为电子科技大学材料与能源学院胡潇然副研究员与向勇教授。电子科技大学材料与能源学院为论文第一单位。

  原文链接：

  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

  作者简介

  王辛瑜，电子科技大学材料与能源学院博士后。毕业于香港理工大学。主要研究方向是低维纳米材料的设计及多物理场传感器开发，相关研究成果发表在Chem. Eng. J，Appl Catal A-Gen，Opt. Express, J. Lumin.上。

  胡潇然副研究员，师从北京化工大学张立群院士团队，长期担任Nano Energy、Advanced Function Materials等知名期刊审稿人。主要研究方向为高分子智能材料与器件，包括基于大面积传感阵列的压电材料、形状记忆材料的设计制备、工艺优化及核心装备开发；基于可降解生物基聚合物的分子结构、制备路线的设计及在纳米增强、3D打印材料方向应用等。在领域内知名期刊和会议上发表SCI论文30余篇，申请专利10余项。承担和参与了多项国家科研项目。

  向勇教授，电子科技大学先进能源技术研究院院长、教授、博士生导师，材料与能源学院党委委员、教授委员会主任，校科技委委员，教育部科技委能源交通学部委员。2000年本科毕业于中国科学技术大学（郭沫若奖学金获得者），2001年和2005年硕士和博士毕业于美国哈佛大学；2005-2009年任美国英特尔公司总部高级工程师/项目经理；2009年回国任教电子科技大学，历任微电子与固体电子学院院长助理，能源科学与工程学院副院长，材料与能源学院院长；2019年起任先进能源技术研究院院长，兼任四川省柔性显示材料基因组工程研究中心主任。主要从事材料基因工程、分子集成器件、柔性智能传感、结构化信息化电池等方面研究工作，近五年带领团队承担了60多项国家级、省部级科研项目，累计经费11000多万元，发表学术论文300多篇，授权国内外发明专利100余项，部分已实现转化。曾获2004年美国材料研究协会银奖、2006年美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主任奖、2011年教育部新世纪优秀人才、2014年四川省特聘专家、2017年四川省科技进步二等奖、2019年中国工程院工程前沿杰出青年学者等荣誉称号。指导学生创新创业团队获得2016年全国“创青春”大学生创业大赛金奖、2018年团中央“小平科技创新团队”、2019年中国“互联网+”大学生创新创业大赛金奖、2021年中国“互联网+”大学生创新创业大赛银奖等国家级奖项。目前担任国家材料基因工程计划专家组成员，国防领域能源方向专家组成员，中国材料学会材料基因组分委会副秘书长，四川省电子学会青年委员会主任等学术兼职。