太原理工研发自供能水凝胶电子皮肤,支持生理参数监测和人机交互
随着人机融合技术持续发展，具备多模态感知与闭环交互能力的可穿戴电子接口已成为智能设备的关键支撑。因此，柔性传感器成为实现体温、运动、生化标志物等生理参数实时健康监测的核心部件。受天然皮肤的启发，电子皮肤（e-skins）的研发受到了越来越多的关注，推动了可同时响应多种外部刺激的单组分多模态传感器的发展。多模态传感器和电子皮肤的最新进展表明，通过整合离子导体、导电聚合物或杂化纳米复合材料，可实现对温度、压力、应变和湿度的同步感知。麦姆斯咨询获悉，近日，太原理工大学集成电路学院张虎林教授在国际顶级期刊Nature Communications发表了题为“A self-powered hydrogel electronic skin with decoupled multimodal sensing for closed-loop human-machine interactions”的研究型论文。研究团队受人类皮肤感知机制的启发，将热伏效应（thermogalvanic effect）、离子压电效应（piezoionic effect）与扩散效应（diffusion effect）协同集成于单一水凝胶体系中，分别对应模拟皮肤中自由神经末梢的温度感知功能、梅克尔细胞的机械压力感知功能以及鲁菲尼末梢的电解质感知功能。为实现三种传感机制之间的有效耦合，水凝胶被设计为具有应力调控能力的棱柱结构。该结构能够在外部载荷作用下诱导应力向尖端区域集中，并沿皮肤法线方向增强应力驱动的离子极化行为，从而显著提高器件的输出电流响应与机械灵敏度。通过机器学习模型解耦的多模态生理传感
基于该多模感知电子皮肤水凝胶，团队进一步设计了一种高度集成的主动多模态信号生成腕带。该腕带集成了基于水凝胶的信号生成单元、信号处理与无线传输电路以及信号反馈控制单元，结合机器学习算法，该系统可实现对复杂刺激信号的高精度识别与手势指令解码，同时支持生理参数监测、机器人控制以及触觉反馈再现功能。该研究为构建高效、柔性、多功能的人机交互系统提供了一种材料与结构协同设计的新路径。https://www.nature.com/articles/s41467-026-69450-9延伸阅读：
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