深圳新闻网2024年11月26日讯（深圳商报记者 张郗郡）触觉，是人类所拥有的一项重要感受。当我们用双手触碰岩石，会感受到粗糙、坚硬；抚摸丝绸，会感受到丝滑、柔软；潜入海洋，身体会感受到海水的凉爽；置身雨林，又能体会到热带的潮湿与炎热……我们对世界的感知，很大一部分来源于触觉，而实现触觉的重要媒介，便是人体最大的器官——皮肤。

但如今，皮肤已不再是生命体的专属。在南方科技大学材料科学与工程系教授郭传飞所带领的团队的努力下，机器人也拥有了“电子皮肤”，能够通过对压力的感知，实现许多以前的机器人无法实现的操作。刚刚过去的10月里，2023年度广东省科学技术奖结果揭晓，由郭传飞带领的“高性能电子皮肤及其与人体的融合研究”项目获得了自然科学奖一等奖的荣誉，而这已经不是“电子皮肤”第一次在学界崭露头角。

郭传飞 (受访者供图)

七年前，郭传飞开始了对电子皮肤的研究，如今已陆续在Nature Materials、Science Advances、Nature Communications等学术期刊上发表论文160多篇，申请发明专利50余件。未来，他将继续深化对电子皮肤各项性能的研究，拓展其应用，用柔软的材料，做“过硬”的技术。

高性能电子皮肤阵列。 张郗郡 摄

电子皮肤：兼具高精度与大量程的柔性传感器

“所谓电子皮肤，其实是一类柔性传感器，具有类似人体皮肤一样柔性、轻薄的形态，能够和周围环境进行交互。”郭传飞介绍。

走进郭传飞团队位于南方科技大学的实验室，一进门的桌子上就放置着一系列大小不同、形态各异的“电子皮肤”成品。黄铜色的传感器件或是排列成矩形，或是模拟人体神经的纹路，紧密贴合在机械臂、机器人灵巧手之上，如同机器人外显的骨骼。郭传飞教授团队所研发的，就是组成这些阵列的传感器件。

据介绍，团队所研发的柔性传感器以离子凝胶为原料，通过电容的变化来感受外界的力、声音、温度等参量的改变，相比其他传感器，拥有高精度、大量程的显著优势。高精度，即传感器能够对差别甚微的材质进行快速、准确的识别；大量程，则是传感器在测量范围方面的特点，既能干“粗活”，又能干“细活”，两种性能相加，便成就了电子皮肤的“高性能”。“对于传统的测量工具，要么量程大，但数据不精准；要么数据精准但量程很小，能做到两者兼具的很少，我们的传感器算是其中一个。”说起自家团队的优势，郭传飞不禁透露出些许自豪。

拥有了触觉，机器人、机械臂或灵巧手等一系列自动化装置便能变得更加灵敏。实验室里，郭传飞用一个木球在电子皮肤上滚动，电子屏幕上便即刻显示出相应的压力感应示意图。“当灵巧手拥有对压力的感知，便可以完成抓取鸡蛋等易碎物品的高难度动作，或分辨不同的布料，机器人因此更加智能。”一位学生在一旁解释。

与人融合的电子皮肤

除了让机器人拥有触觉，郭传飞另一个重要的研究方向为“人体柔性电子”技术，即电子皮肤与人体的融合。“这是一项充满挑战的技术。”郭传飞表示，“传感器所用的材料无论在力学、电学还是生物学的性能上，与人体都有很大差别。”如此一来，团队便需要通过对材料各方面性能的调控，实现两者的融合。

电子皮肤一旦与人体融合，便可以借助科技手段让失去触觉的人恢复触觉，甚至超越触觉的感知范畴，检测血压、PH值等变量，作为一种用于健康检测的医疗器械而存在——这不免让人联想到假肢的应用，而郭传飞也表示，自己目前的研究方向正是缘起于对“假肢触觉”的研究。

目前，残障人士可以通过肌电信号来实现对假肢的控制，但假肢却不具备触觉的传感功能。郭传飞向记者透露，目前团队正在研究的，就是如何让假肢在拥有触觉的同时，将交互产生的信号传输给大脑。一旦实现了这一功能，假肢便能够为使用者提供更真实的使用感受。

为实现从“拥有触觉”到“感知触觉”的技术跨越，AI是其中必不可少的一步。郭传飞表示，对于柔性传感器，AI一方面承担着类似大脑的认知功能，另一方面为团队的设计工作也减轻了不小负担。 “设计电子皮肤，其中很重要的一个方面就是设计它的材料和结构，”郭传飞说，“以前我们通常采用试错的方法来做，这可能会花费一年或者更长的时间，最后的结果还不一定是最理想的。但是用AI的话，我们可能在几分钟或几小时之内就得到1000个结果，大大提升了设计效率。”目前，郭传飞的团队已经广泛使用自研AI模型进行传感器的设计，并于美国科学院院刊发布了相关论文。

让技术从实验室走出去

电影《阿凡达》中，主角杰克通过脑电波控制阿凡达的身体，当阿凡达在潘多拉星球上奔跑、触摸树木、感受水流等时，杰克便能同步感受到这些触觉体验。这类出现在科幻电影中的场景，随着柔性电子传感器技术的发展，或许能够成为现实。郭传飞表示，对电子皮肤的研究，主要拥有三类前景：一是人形机器人的触觉应用，二是可植入或表皮可贴附的健康医疗设备研发，三就是元宇宙的触觉虚拟现实技术。

“事实上，我们在去年已经成立了一家公司，叫做赛感科技（深圳）有限公司，主要从事的就是柔性传感器和电子皮肤的设计与制造服务，以及提供相关解决方案。”郭传飞向记者介绍。目前，赛感科技已经完成了天使轮融资，并积极推动电子皮肤与柔性传感器的产业化。

在郭传飞看来，能够造福社会的技术才是好技术，科学研究最终也要落实到实际应用中。鉴于柔性传感器不同于采用MEMS（微机电系统）技术的传统传感器，在材料和制造工艺上都有着更低的成本，因此柔性传感器也具备了更大的市场化优势。目前，赛感科技已经推出了多个单点传感器与阵列传感器产品，公司的经营也在稳步推进。