柔性仿生传感器技术 实现人-信息-物理系统的高效融合

　　近年来，凭借良好曲面共形特征及轻、柔、韧等特性，柔性传感器可在人体皮肤表面实现穿戴式实时信号采集和处理，已成为运动健康管理、疾病诊断监护、环境监测、人机智能交互等领域变革式的科学技术及各个国家重要的战略性新兴产业。目前，人们发展了多种手段来提高柔性传感器的综合性能，包括敏感材料合成及器件设计制备等，但这些手段通常都是基于现有复杂的加工手段及材料合成方法，存在一定的局限性。

　　“仿生”是科学技术研究中重要的理念与方法之一，在自然界中，经过千百万年演变与进化，各种生物体都能通过其独特的形状与功能实现对生存环境的适应。因此，通过向自然学习，对生物界存在的物质及结构进行“模仿”和创新，发展以类似趋生物性的方式对外界多重物理、化学信息实时精确感知的仿生传感器件，为新型电子器件的设计与传感技术的发展提供丰富的思路和方法，表现出人工智能特性，并拓宽探测技术的应用范围。

　　针对以上需求，近日，张珽课题组发表文章，阐述了该课题组和相关团队最近几年在柔性仿生传感器领域的研究工作，体现了仿生柔性传感器技术是实现“（机器）人-信息-物理系统”高效融合的重要途径，并展望了该研究领域存在的问题和发展方向。

　　皮肤组织是生物体最大的感知器官，具有力学、温湿度、触觉等多种综合感知能力。首先，作者从最具代表性的柔性仿生传感器-仿生“电子皮肤”出发，首先分析指出通过构建具有特殊功能或复合性能的新型敏感材料，能赋予传感器多功能的感知能力。例如，通过吸附水的吸脱附，敏感高分子膜能实现光、湿度双重响应同时通过材料形变来将信号响应“可视化”。

　　生物体尤其是人体的五官（触觉、听觉、嗅觉、视觉及味觉），是实现其对外界信息感知与交互的重要基础性功能。其次，作者从生物体感官功能角度出发，实现了多种新型柔性仿生器件的设计构建，如柔性仿生电子皮肤传感器、柔性仿生指纹结构传感器、柔性仿生电子耳膜等，实现了对脉搏、心跳及血管微压的高灵敏检测，对表面剪切力、织物条纹及盲文字母的精确检测。结合课题组研制的微纳气体传感器（嗅觉）及可穿戴汗液传感器（味觉）等，类皮肤多参数感知特性的多功能柔性传感器系统将逐渐成为现实，未来将赋予仿生机器人等系统更加“智能”的类生物器官感知功能。

　　总而言之，作者从材料设计、系统集成及应用场景角度展望了该领域未来发展方向，如通过将形状记忆合金材料、金属有机框架材料及非传统的分子机器、细胞有机体等引入器件设计之中，开发具有新的仿生物体功能的柔性传感器件；通过系统设计，构筑轻量化仿生鱼、仿生鸟等智能柔性传感-驱动一体化系统等。