仿生异质力学结构离子触觉传感器实现多特征同步识别

本刊推荐一种仿生异质力学结构的离子触觉传感器（MFIS），其通过异质凸点层实现应力集中与机械串扰抑制，兼具超高灵敏度（8394.37 kPa−1）与宽检测范围（0–1000 kPa）。结合二维卷积神经网络与长短期记忆模型（2D-CNN+LSTM），该传感器阵列可同步识别弹性模量、曲率及亚表面深度等多特征，为机器人复杂环境下的触觉感知提供创新解决方案。

亮点部分

异质凸点层对MFIS的影响

通过有限元分析（FEA）研究了异质凸点层对电极-离子层界面接触行为的影响。受人类指尖模量梯度启发，采用高刚度弹性体（3 MPa）作为凸点层将压力传递至软质离子凝胶层（0.2 MPa）。高模量TPU基质（24 MPa）确保了嵌入式结构的稳定性。结果表明（图2a i），在压力作用下……

材料与方法

材料

PVA（平均分子量130,000，水解度99%+；Sigma-Aldrich）、甘油（ACS，≥99.5%；Aladdin）、H₃PO₄（分析纯，≥85 wt%水溶液；Macklin）、TPU（商用）、PI双面胶（商用）、PDMS弹性体（Sylgard184；Dow Corning）、Smooth-sil胶、Ecoflex 00–20/00–30/00–50、Dragon Skin 20/30（Smooth-On, Inc.）及纳米银浆（CI-1036；EMS）。实验用水均为去离子水（25°C下电阻率≥18 MΩ·cm）。

MFIS制备

首先制备10 wt%……

作者贡献声明

Wenyu Zhao：综述撰写与修改、初稿撰写、可视化、验证、软件、方法论、数据整理与概念化。Zhuofan Lin：项目管理、方法论、研究实施、形式分析与概念化。Junhao Liang：软件支持。Bo Zhang：软件与资源支持。Guodong Wang：方法论。Waner Lin：软件与方法论。Yingtian Xu：方法论。Ziya Wang：综述修改、监督、项目管理与资金获取。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到深圳市自然科学基金稳定支持计划（20231120204356001）、广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515030156）及腾讯Robotics X的资助支持。