世界首个！我国科学家开发出一种新型电子皮肤，具备人类皮肤触觉认知能力

瞻观前沿

皮肤作为人体最大的器官，其内部密布着高密度且三维分布的触觉感受细胞，能够精确捕捉外界的各种力学刺激。然而，在电子皮肤的研发过程中，如何模拟并超越这一复杂而精细的感知机制，一直是科学家们面临的巨大挑战。

近日，清华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组成功研制出全球首个具有仿生三维架构的新型电子皮肤系统。该电子皮肤系统以其独特的三维架构设计，实现了对压力、摩擦力和应变三种力学信号的同步解码与感知，对压力位置的感知分辨率约为0.1毫米，该精度几乎可以媲美真实皮肤，极大地提升了电子皮肤在触觉感知方面的精确性和灵敏度。目前该科研成果属于世界首个，相关论文发表在最新一期的国际学术期刊《科学》上。

张一慧教授团队首次提出具有三维架构的电子皮肤设计概念，这款仿生三维电子皮肤由精心设计的表皮、真皮和皮下组织三层结构组成，每一层都精心模拟了人体皮肤对应层的质地与功能。传感器及电路在皮肤内部以不同深度分布，形成了一个高度协同的感知网络。其中，靠近皮肤表面的传感器对外部作用力极为敏感，能够迅速捕捉到细微的触感变化;而深层的传感器则对皮肤的整体变形有着更为深刻的感知，两者相互配合，实现了对力学信号的全面捕捉与精准解析。

当电子皮肤与外界物体接触时，其内部的传感器阵列立即启动，协同工作，将收集到的复杂信号通过高效的传输与提取处理系统进行处理。结合先进的深度学习算法，这些信号被转化为对物体软硬、形状等特性的精确感知，使得电子皮肤具备了类似于人类皮肤的触觉认知能力。

张一慧认为，电子皮肤实际上是模仿人类皮肤感知功能的一种新型传感器，未来可装于医疗机器人指尖进行早期诊疗，还可像创可贴一样贴在人的皮肤上实时监测血氧、心率等健康数据。

传感器作为一种关键的技术设备，在工业、医疗、生物科学等领域发挥着重要作用。仿生三维电子皮肤的成功研制，不仅意味着对力学信号感知能力的显著提升，也为传感器技术的发展提供了新的思路和可能性。

(图片来源：摄图网)

技术价值观察

传感器(transducer/sensor)是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

从产业链来看，传感器上游主要为各种零部件等以支撑感知层;中游是以光传输、通信设备、网络设备等构成的传输层;下游是应用层，其中以物联网领域中的各项应用为主。

传感器产业链大致可分为研究与开发→设计→制造→封装→测试→应用等环节。目前，我国在传感器研发、设计、代工生产、封装测试、应用已形成完整的产业链。

宏观市场观察

传感器产业的发展大体可分三个阶段：

第一阶段是1990年以前，传感器企业较为少见，发展缓慢;

第二阶段是1990-2000年，在国家的支持下，国内传感器行业格局开始发生改变，建立了诸如安徽基地、陕西基地、黑龙江基地等敏感元件与传感器生产基地;

第三阶段是2000年以后，我国开发新一代高、精、尖传感器已具备条件，从十五开始，国家对传感器的支持力度越来越高，逐步缩短与世界先进传感器技术国家间的差距。

传感器的主要应用领域

传感器是一种检测装置，能够将感受到的信息转化成为电信号或其他信息，以达成信息的传输、处理和显示等功能。传感器被广泛应用于汽车电子、工业制造、网络通信、消费电子等领域。

2020年市场规模接近2500亿元

据《2020年赛迪顾问传感器十大园区白皮书》，2014-2019年，我国传感器市场规模呈不断增长趋势，2014年行业市场规模为982.8亿元，2019年增长至2188.8亿元。结合我国传感器市场规模占全球市场比例情况，以及2020年我国传感器市场因疫情控制情况较好而增速回升等相关因素测算得到，预计2020年我国传感器市场规模提高至2494亿元，同比增长约13.9%。

中国传感器技术赛道热力图

根据产业热力图显示，目前传感器关键技术强相关的城市集群主要集中在华北、长三角和西北地区，尤其是江苏省成为重点发展区域。这些城市群已投入大量政策、资金、环境和人才资源用于传感器研发，成为潜在的传感器技术发展中心。根据热力图的分布，长三角地区有极大的可能性成为传感器技术的先导区域。重点关注江苏省无锡市新吴区、安徽省合肥市蜀山区、浙江省温州市乐清市等地的相关企业，以及这些地方对传感器产业发展的投资环境和潜力市场。

经济学人APP资讯组

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标签： 传感器 皮肤 感知 随笔