平日里，我们习惯了用手指去感知世界：触摸屏幕、感受温度、判断物体的尖锐程度……但加入机器人也能拥有这样的感知能力呢？如果智能设备可以像人类一样“感知”外界，而不仅仅依赖摄像头和麦克风？近日，新加坡国立大学苏州研究院的李正国教授团队在《Advanced Materials》杂志上发表了一项突破性研究，他们开发出了一种仿生指尖电子皮肤（E-Skin），让设备具备了类似人类皮肤的多模态触觉感知能力。这项技术不仅填补了传统触觉传感器的短板，也为智能设备带来了前所未有的“触感”体验。
为什么触觉感知如此重要？
触觉是我们与世界互动的重要感官之一。从机器人操作到人机交互，再到智能穿戴设备的触控体验，触觉感知在很多技术领域都扮演着至关重要的角色。然而，目前的触觉传感器技术大多数只能感知单一的触觉信号，比如温度或压力，而无法综合感知多种信息。例如，电容式传感器虽然常用于智能手机的触摸屏，但它无法同时感知温度或细微的纹理变化。要想让设备像人类一样“感知”世界，这一技术瓶颈一直困扰着科学家们。
打破传统，创造多模态触觉感知
李正国教授团队的突破正是在于开发了一种多模态触觉感知系统。这种“仿生指尖电子皮肤”能够同时感知多种触觉信息，比如振动、纹理、压力和温度，甚至能像我们的人类皮肤一样感知复杂的物理信号。这项电子皮肤集成了两种新型传感器——瞬态电压人工神经元（TVAN）和持续电位人工神经元（SPAN）。这两种传感器的协同工作，使得这种电子皮肤在感知物体表面特性时更加精准、稳定。
TVAN：用摩擦电感知纹理
其中，TVAN传感器采用了摩擦电原理，通过设计不同的表面图案来增强对表面纹理的感知能力。无论是光滑的玻璃表面，还是粗糙的布料，TVAN都能通过摩擦产生电压信号来“感知”物体的表面特征。比如，传感器可以通过平面、线性、指纹甚至蜂窝等多种表面图案来增强对不同材质的识别能力。这意味着，它不仅可以像手机屏幕那样感知触摸，还能像人的指尖一样，感受到物体的微小差异。
SPAN：温度与压力的双重感知
另一款关键传感器SPAN，则采用了离子水凝胶材料。它由聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAAm）等物质组成，能通过电化学反应持续生成电位。SPAN不仅能感知压力变化，还能同时检测温度的变化。比如，当你触摸一个温暖的物体时，SPAN能够精准测量到温度，而当你用力按压时，又能提供压力信号。两个传感器的协作，使得整个电子皮肤在感知物体的特性时，能得到更为丰富的反馈。
电子皮肤如何改变未来生活？
想象一下，未来的智能设备如果具备了这样的“触觉”，将会是怎样一番景象？
1. 更精准的医疗监测
这种电子皮肤可以应用于医疗监测领域，尤其是在体温监测方面。你可以将这种电子皮肤贴附在皮肤上，它能够实时监测体温变化，尤其适合用于发热监测。比起传统的体温计，这种电子皮肤可以提供更为连续和准确的数据，帮助早期发现病症。
2. 赋能智能机器人
这种电子皮肤的应用在智能机器人领域也极具潜力。例如，机器人手指上可以装载这种电子皮肤，使其像人类一样能够“感知”不同物体的软硬度、纹理和温度。这将大大提高机器人在复杂任务中的适应能力，比如在处理不同材质的物品时，能够更好地辨别物体的特性，从而提高机器人的操作精准度。
3. 更安全的身份认证
此外，电子皮肤还可以被应用于安全认证领域。与传统的指纹识别系统不同，这种电子皮肤能够同时感知温度、压力等多维度信息，从而增加身份验证的安全性。想象一下，你的手机不仅要识别你的指纹，还能感知你触摸时的温度变化以及力度，这样一来，假冒者就更难破解。
为什么这项技术如此重要？
这项新型电子皮肤的最大突破，在于其综合感知能力。它不仅能感知温度和压力，还能同时对表面纹理、材料类型进行精准的识别。而且，制造这种电子皮肤的工艺简单且可扩展，意味着它有望在大规模生产中得到应用。
总之，仿生指尖电子皮肤的问世标志着触觉感知技术的一大步进，也预示着未来智能世界将不再仅仅依赖于视听，而是更加注重“触觉”的全面感知。
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