活动标题：电子皮肤和人工触觉技术

活动时间：2026/06/07 14:30-2026/06/07 16:30

主讲嘉宾：郭传飞，南方科技大学材料科学与工程系长聘教授

活动地点：深圳大学城图书馆四楼413报告厅

        在具身智能、人形机器人和柔性电子快速发展的背景下，机器如何像人一样感知外部世界，正成为人工智能从信息识别走向真实交互的重要问题。2026年6月7日下午，南方科技大学材料科学与工程系郭传飞教授应邀做客深圳大学城图书馆“大学城新论·名家讲座”。讲座围绕电子皮肤的科学原理、关键挑战与应用前景展开，带领现场读者理解这一融合柔性电子、材料科学、生物医学与人工智能的前沿方向。

        郭教授现任南方科技大学材料科学与工程系长聘教授、致新书院学术副院长，是国家杰出青年科学基金获得者、Materials Today Physics期刊编辑，主要研究领域为高性能电子皮肤、生物电子等。近年来，郭教授在Nature Materials、Nature Biomedical Engineering、Science Advances、PNAS、National Science Review等学术期刊上发表论文180余篇，申请发明专利57件，获中、美、日等国专利授权37件，参与编制国家标准一项、行业标准一项，参与编写英文专著两部。研究成果被《New York Times》《Materials Today》《Physics Today》等新闻与科技媒体广泛报道。获第十八届中国青年科技奖、2023年度广东省自然科学一等奖、深圳市青年科技奖等奖项。

一、从人的触觉理解电子皮肤

        讲座伊始，郭教授从人类认识世界的感官系统谈起。他指出，视觉和听觉虽然承担了大量信息获取功能，但触觉在人与环境的真实交互中不可替代。触觉不仅帮助人判断物体的重量、粗糙程度、温度、形状和边界，更重要的是天然包含力的反馈。人触摸物体时，外界会同步产生反作用力，正是在这种感知与反馈的闭环中，人才能完成抓握、行走、书写等精细动作。

        皮肤是人体重要的感觉器官，内部具有大量触觉感受器，既能感知快速变化的振动和纹理，也能感知相对稳定的压力和重量。受糖尿病等病症影响，部分患者会出现触觉感知衰退问题，这类人群无法精准感知外力大小，因而更容易受伤，也更难完成细致动作。这一问题表明，触觉并非附加能力，而是安全交互与精确控制的基础。对于机器人而言，视觉识别和语音交互并不能替代真实触觉。郭教授以足底受力变化为例说明，身体重心轻微移动时，视觉上可能几乎看不出差异，但脚趾、脚跟与地面的压力分布已经明显改变。机器人若要进入家庭照护、康复辅助等复杂场景，就需要具有像皮肤一样柔软、灵敏、可覆盖大面积的触觉感知系统。

二、以离电传感突破柔性传感瓶颈

        围绕电子皮肤的实现方式，郭教授介绍了压阻型、电容型、压电型和离电传感等常见原理。传统传感器多依赖硬质材料，虽然精度较高，却难以贴合复杂曲面，也难以像人的皮肤一样实现大面积柔性覆盖。柔性电子皮肤正是在这一需求下发展起来的，并逐渐从单点压力检测走向多模态、高灵敏、可阵列化和智能识别。

        郭教授重点介绍了其团队长期研究的离电传感技术。与传统电容传感器相比，离电传感器在电极与离子材料界面形成极薄的电荷层，使等效电容显著增大，从而提升灵敏度和信噪比。由于信号更强，这类传感器可以做到几十微米尺度，同时不易受到环境寄生电容干扰。团队早期研究证明，柔性传感器并非只能在舒适性和贴合性上具有优势，也可以在灵敏度、尺寸和量程等关键指标上实现突破。

        高性能电子皮肤还必须同时兼顾微弱压力检测和大压力响应。许多传感器在低压下较灵敏，但压力增大后容易饱和，无法继续分辨细微信号。离电传感器通过界面电容机制改善了这一矛盾，使传感器在较宽量程内仍能保持较高灵敏度，为机器人抓握、人体健康监测和复杂力学环境测量提供更可靠的数据基础。

        柔性传感器走向应用，还必须解决精准度问题。软材料要像皮肤一样柔软，往往会产生蠕变和迟滞，蠕变会使静态压力信号持续漂移，迟滞会使动态信号滞后。郭教授强调，高质量触觉数据是人工智能识别的底层前提，单纯依赖算法无法完全弥补低质量传感输入带来的误差，传感器自身的稳定性和准确性是电子皮肤产业化的重要前提。

        针对这些问题，郭教授介绍了团队在材料和结构设计上的进展。他们通过设计兼具离子导电链段和低耗散力学链段的新型材料，在保持离电传感优势的同时降低粘弹性影响，使静态压力输出更加稳定；通过界面调控和结构设计减少能量耗散，将压力传感器响应频率提升至可覆盖声学振动的范围；在应变传感方面，则通过调节聚合物链段结构，降低分子链间相互作用，使传感器在较大形变和较高应变率条件下仍能准确记录动作变化。这些研究共同指向高灵敏、高精度、低迟滞电子皮肤的实现路径。

三、面向机器人、航空与医疗的应用探索

        在应用部分，郭教授展示了电子皮肤从实验室走向真实场景的多种可能。面向机器人触觉，团队将高性能触觉传感器集成到机械手上，使其能够通过触摸识别不同布料、判断物体软硬程度，并理解人的交互意图。在人形机器人快速发展的背景下，大面积、高密度、快速读取的电子皮肤尤为关键。团队已探索大面积触觉阵列和并行读取方法，使上万个传感点能够在较短时间内完成数据读取，并结合数据压缩与识别算法降低传输压力，帮助机器人获得更接近人类皮肤的空间感知能力。

        电子皮肤也可服务于航空航天等特殊工程场景。飞机机翼设计和风洞测试需要准确获得表面压力分布，传统方法通常要在机翼上打孔布置压力传感器，测点数量有限，也受结构厚度和安装方式限制。柔性传感器可以直接贴附在模型表面，形成更连续的压力测量方案。团队围绕航空蒙皮传感开展长期研究，不仅关注正压测量，也针对机翼上表面可能出现的负压进行设计，并进一步探索同一传感器对正压和负压的连续测量，为气动参数测试、失速过程分析和复杂流场感知提供新的技术手段。

        在医疗健康方面，电子皮肤的价值同样突出。郭教授介绍，触觉修复是其团队正在关注的重要方向。对于部分截肢患者，肌电信号已能用于控制假肢动作，但假肢接触外界后的触觉信息如何反馈给使用者，仍是形成自然闭环控制的关键。对于糖尿病远端神经病变等患者触觉减退的问题，团队尝试通过贴附式电子皮肤采集外界压力，再以适当刺激方式增强人体对触觉的感知，从而帮助患者改善力觉识别能力。相关探索将电子皮肤从机器感知拓展到人体功能修复，体现了柔性传感技术在临床康复中的潜力。

        郭教授还介绍了远程触觉交互和植入式医疗器械等方向。随着视频通信日益普及，人与人之间可以远距离看见和听见彼此，但触觉交互仍然缺位。电子皮肤与触觉反馈器件结合后，有望让不同城市的用户通过网络传递触摸信息，形成新的远程交互体验。在可植入医疗器械方面，团队针对离电材料湿度敏感、长期稳定性不足等问题，设计对湿度不敏感的新型材料，并探索其在膝关节压力测量、血管内压力检测、重症监护设备微型化等场景中的应用，为先进医疗器械提供更小型、更灵敏的传感方案。

        互动环节中，现场读者围绕柔性有机介质在温度变化下的稳定性、离电传感器所需控制器的信号处理能力、非材料专业团队如何应对迟滞和蠕变问题、航空蒙皮传感器对延伸率、强度和附着力的要求等与郭教授展开交流。郭教授结合科研实践回应指出，高温可能加剧软材料蠕变，面向户外工业场景仍需进一步测试和优化；离电传感器目前可借助常规电容读取芯片和校准方法开展研究，未来仍期待发展更适配的专用芯片；对于交叉研究团队而言，材料设计、器件结构、算法处理和系统集成各有专业门槛，通过合作和分工推进往往更有效。谈及航空蒙皮应用时，他指出这类传感器未必需要很大的拉伸性，更重要的是具备适当柔性、结构强度和可靠贴合能力。

        本场讲座以人的触觉功能为切入点，梳理电子皮肤的传感原理、材料挑战与应用路径，重点呈现离电传感技术在提升触觉感知性能、破解柔性材料测量难题方面的进展，并展望其在机器人、航空、医疗等场景中的应用潜力。随着人工智能和机器人不断走向真实世界交互，电子皮肤有望成为连接人、机器与环境的重要接口。讲座在热烈交流中圆满结束。（通讯作者：杨月涓）