電子皮膚又稱新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器，是一種可以讓機(jī)器人產(chǎn)生觸覺的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單，可被加工成各種形狀，能像衣服一樣附著在設(shè)備表面，能夠讓機(jī)器人感知到物體的地點(diǎn)和方位以及硬度等信息。

生物皮膚：感受不同類型的壓力(硬度);感受溫度與熱量;感受空氣及水流;感受痛覺等(保護(hù)作用)。

電子皮膚：首先具備生物皮膚現(xiàn)有的功能;甚至具有生物皮膚不具備的功能：如感受聲波，超聲波，測量血壓，心跳等更加先進(jìn)的功能。

電子皮膚研發(fā)歷史

早在2003年，日本東京大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用低分子有機(jī)物——并五苯分子制成薄膜，通過其表面密布的壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了電子皮膚感知壓力。

時隔兩年，該研究團(tuán)隊(duì)又在特殊塑料薄膜中重疊嵌入分別感知壓力和溫度的兩組晶體管，在晶體管電線交叉的位置使用微傳感器記錄電流起伏，可判斷出日常溫度和每平方厘米300克以上的壓力。

2009年底，飛利浦研究實(shí)驗(yàn)室宣布他們已經(jīng)完成一項(xiàng)新的技術(shù)E-skin(電子皮膚)，主要用于產(chǎn)品的外觀裝飾。電子皮膚是飛利浦正在進(jìn)行的電子紙研究的一部分，利用這項(xiàng)技術(shù)可以對各種產(chǎn)品覆蓋一層“變色皮膚”。

電子皮膚可以覆蓋在各種設(shè)備上，不需要使用背光光源，它可以接受周圍環(huán)境的光線來實(shí)現(xiàn)顏色適配和節(jié)能，在戶外也能像油漆一樣保持色彩明亮生動。這項(xiàng)新技術(shù)初期將用于手機(jī)、MP3等小型設(shè)備的外觀增強(qiáng)。

而美國加州大學(xué)伯克利分校研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出的電子皮膚，可辨別更細(xì)微的壓強(qiáng)，這種由聚合樹脂和敏感橡膠覆蓋鍺硅混合納米線制成的皮膚，可感知50克以下的細(xì)微壓力。

隨著尖端材料科學(xué)研究的深入，石墨烯、碳納米等特殊材料因超輕薄、韌性強(qiáng)、電阻率小等優(yōu)良特性，被科學(xué)家認(rèn)為是電子皮膚的優(yōu)良“基底”。例如，由我國研究人員使用碳納米管傳感器制成的高靈敏度皮膚，甚至可感知到20毫克螞蟻的重量。

電子皮膚的作用

1、讓燒傷病人不用忍受切膚之痛

皮膚作為人體最大的器官，其重要性不言而喻。對燒傷病人和肢體殘疾人士來說，皮膚的不可修復(fù)性損壞給他們帶來了身心傷害。而電子皮膚，能夠幫助他們重獲皮膚功能。

2、讓機(jī)器人更智能

現(xiàn)有電子皮膚技術(shù)使機(jī)器人和機(jī)械假肢能夠抓住和操作物體，識別表面紋理和硬度，感受物體的溫度狀況。然而在此之前電子皮膚可以同時非常靈敏地探測熱量和不同類型的壓力是很難實(shí)現(xiàn)的。

3、未來的可穿戴設(shè)備

電子皮膚，因?yàn)樗つw一樣又軟又薄，可以輕易的把它貼在身體上，能夠測量出人體的含氧量，用于其他生理體征的監(jiān)測，讓智能手環(huán)成為過去。

電子皮膚的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

電子皮膚由三維界面應(yīng)力檢測單元、局部點(diǎn)微應(yīng)力檢測單元和外圍電路組成。三維界面應(yīng)力檢測單元由新型平板電容壓力傳感器組成，用于實(shí)時檢測三維界面應(yīng)力的大小，包括與界面垂直的向正應(yīng)力和與界面相切的向剪應(yīng)力和向剪應(yīng)力。微應(yīng)力檢測單元由新型聲表面波壓力傳感器組成，用于檢測局部點(diǎn)的微應(yīng)力大小。

基本原理

新型平板電容傳感器相互連接組成傳感器陣列，將新型聲表面波壓力傳感器嵌入到需要檢測微壓力的指定點(diǎn)，然后將傳感器陣列與外圍電路相連，組成完整的電子皮膚。電子皮膚能夠?qū)崟r檢測各個傳感器單元處的三維界面應(yīng)力大小和指定點(diǎn)的微應(yīng)力大小，將各個點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)輸出到外圍電路，以達(dá)到實(shí)時檢測作用于電子皮膚的界面應(yīng)力分布的目的。

電子皮膚應(yīng)用原理：

電子皮膚傳感器種類

1、新型平板電容壓力傳感器

電子皮膚新型平板電容壓力傳感器采用傳統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：表層，中間層和底層，如左圖所示。在表層耦合驅(qū)動電極，底層耦合感應(yīng)電極，中間層采用超彈塑性材料。當(dāng)傳感器表層加載力時，中間層的彈塑性材料發(fā)生應(yīng)變，從而引起驅(qū)動電極和感應(yīng)電極之間的距離和面積發(fā)生變化，根據(jù)輸出電容的變化，達(dá)到檢測加載的壓力大小的目的。

平板電容的電容大小與電極的面積成正比，與電極間的距離成反比。當(dāng)改變電極之間的面積或者距離時，會引起輸出電容發(fā)生改變。基于平板電容的傳感器正是利用改變平板電極間的面積或距離，引起輸出電容的改變來測定被測對象發(fā)生的變化的。

2、新型聲表面波壓力傳感器

新型聲表面波壓力傳感器采用延遲線結(jié)構(gòu)，由壓電襯底、輸入叉指換能器、輸出叉指換能器和外圍電路構(gòu)成。壓電襯底釆用懸臂梁結(jié)構(gòu)，即一端固定，另一端加載微壓力。輸入叉指換能器激勵出聲表面波，經(jīng)過壓電襯底傳播到輸出叉指換能器，輸出叉指換能器將接收到的聲表面波還原成電信號，與放大器相連，輸出頻率信號。當(dāng)微壓力加載于懸臂梁一端時，懸臂梁發(fā)生應(yīng)變，使得聲表面波的傳播路徑發(fā)生改變，從而引起輸出頻率發(fā)生變化，利用輸出頻率的變化可以檢測加載于懸臂梁的微壓力。

電子皮膚的產(chǎn)品應(yīng)用

假肢制造

我國殘疾人總數(shù)：8千余萬，占總?cè)丝诘?.3%，其中肢體殘疾2千多萬，占?xì)埣踩吮壤娜伞＝^大多數(shù)截肢者靠假肢活動，假肢的質(zhì)量很大程度影響他們的生活質(zhì)量。

電子皮膚的功能不局限于感受壓力，它內(nèi)置了超薄、單晶硅納米帶，上面布有傳感器整列，包括壓力傳感器，溫度傳感器，濕度傳感器，應(yīng)變傳感器，組熱加熱器等其他神經(jīng)刺激傳感器。電子皮膚能夠?qū)ν獠看碳ぷ龀隹焖俜磻?yīng)，更加接近人體真實(shí)皮膚對外部世界反應(yīng)時間，從而大大方便殘疾人的生活。

智能穿戴設(shè)備

電子皮膚通過靜電貼在皮膚上后，能夠通過實(shí)時監(jiān)測脈搏、心跳、體溫、肌肉群震動等人體健康生理指標(biāo)，對人體健康數(shù)據(jù)變化及時做出反饋，實(shí)現(xiàn)疾病的前期預(yù)防和診斷。更令人稱道的是，這款電子皮膚還設(shè)計(jì)了一個藥物接口，可以根據(jù)人體實(shí)時數(shù)據(jù)和健康狀況，將藥物直接通過電子皮膚釋放到人體內(nèi)，更快速有效完成治療過程。

電子皮膚可具有顯示的功能，顯示屏可以粘附到人身上，顯示各種生理指標(biāo)數(shù)據(jù)，如心率或血氧水平，甚至也可以顯示表情和壓力水平。除了無需隨身攜帶設(shè)備外，這一技術(shù)還能增強(qiáng)我們與周圍世界交互的方式，或增添一個全新的溝通渠道。有朝一日，人們將能在衣袖上顯示自己的心情，甚至是狀態(tài)更新。

智能機(jī)器人的研發(fā)

電子皮膚可以使機(jī)器人擁有和人類、動物一樣的觸覺，使其更加人性化，智能化。電子皮膚包含數(shù)百個獨(dú)立的傳感器，借助傳感器收集的信息，機(jī)器人可以利用所謂的“觸覺“來控制走向，識別周圍的情況，找出最佳的行進(jìn)路線。通過電子皮膚和數(shù)據(jù)的計(jì)算，機(jī)器人能夠?qū)崟r對障礙物進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)其自主靈活的運(yùn)動。

電子皮膚覆蓋在機(jī)器人的機(jī)械手臂上，使其十分靈活，還可以控制觸碰物體時的力度。依靠這種“電子皮膚”，機(jī)器人不僅能感知到物體的地點(diǎn)和方位，還能獲得物體的硬度、強(qiáng)度、溫度、表面紋理等。機(jī)械臂會通過觸感決定下一步動作和移動方向。基于一些巧妙的數(shù)學(xué)運(yùn)算，機(jī)器人完全可以按照指令完成既定的任務(wù)。