柔性触觉电子皮肤及数据手套

随着智能机器人、虚拟现实、运动健康监测及人机交互技术的快速发展，柔性触觉感知与人体动作捕捉已成为智能传感领域的重要研究方向。传统刚性传感器难以适应人体皮肤、机器人关节及复杂曲面的形变，且在多维力感知、长期稳定性和穿戴舒适性等方面存在一定局限。团队围绕柔性传感器、电子皮肤、可穿戴数据手套及智能服饰开展系统研究，形成了从敏感材料、传感器设计、柔性制造到系统集成和应用验证的完整技术体系。

目前，团队已研制出电子皮肤和数据手套系列产品。电子皮肤具有高灵敏度、低漂移、宽温域和良好的环境适应性，灵敏度达到1000 kPa⁻¹，压力测量量程达到2 MPa，漂移小于1%，可稳定工作100万次，工作温度范围为−50～250 ℃，防护等级达到IP67；同时可实现三维力检测，检测范围及精度分别达到0～30 N、0.5%和±10 N、0.8%。数据手套及智能服饰可实现人体手部动作、关节角度和空间运动轨迹的实时感知，其中手形捕捉精度小于1°，关节角识别精度小于3°，空间轨迹定位精度达到毫米级，并具备体型补偿和可水洗等特点。

相关技术可应用于机器人触觉感知与灵巧操作、虚拟现实交互、远程操控、运动姿态监测、康复训练以及智能可穿戴设备等领域，为机器人获得接近人体皮肤的触觉能力，以及实现自然、精准的人机交互提供技术基础。

研究内容

  1. 1.柔性触觉传感器与电子皮肤研制
    开展柔性压力传感器、三维力传感器及阵列化电子皮肤的结构设计、敏感材料制备与性能优化，实现压力、接触位置和多维力信息的高灵敏感知。

  2. 2.高可靠柔性制造与封装技术
    研究柔性电极、敏感层、阵列互连及柔性封装工艺，提高电子皮肤在反复弯折、拉伸、复杂温度及潮湿、粉尘环境下的稳定性与使用寿命。

  3. 3.数据手套与智能服饰系统集成
    将柔性传感器集成于手套和服装，实现手形、关节角度、人体姿态及空间运动轨迹的连续采集，并通过体型补偿和可水洗设计提高穿戴适应性。

  4. 4.多通道信号采集与动作识别
    研发低功耗、多通道传感信号采集电路，结合数据融合与动作识别方法，实现手势、姿态和人体运动状态的实时解析与可视化。

  5. 5.机器人触觉感知与人机交互应用
    面向机器人灵巧手、机械臂及仿生机器人，将电子皮肤与数据手套相结合，开展物体接触、抓取状态、操作力度及远程动作映射等应用研究。

参考文献

[1] Zhang H., Zhang L.*, Zhang C., et al. Smart Gloves Using Triboelectric-Inertial Dual Sensors for Continuous Sign Language Recognition and VR Interaction. ACS Applied Materials & Interfaces, 2026, 18(12): 18537–18548.

[2] Fan Y., Zhang C., Ying Y., et al. Intelligent soft robotic gripper for non-destructive grasping and attribute recognition via multi-modal waveguide tactile sensors. Microsystems & Nanoengineering, 2026, 12: 233.

[3] Zhang C., Ouyang W., Zhang L., et al. A dual-mode fiber-shaped flexible capacitive strain sensor fabricated by direct ink writing technology for wearable and implantable health monitoring applications. Microsystems & Nanoengineering, 2023, 9: 158.

[4] Zhang C., Zhang L.*, Bao B., et al. Customizing Triboelectric Nanogenerator on Everyday Clothes by Screen-Printing Technology for Biomechanical Energy Harvesting and Human-Interactive Applications. Advanced Materials Technologies, 2023, 8: 2201138.