“超靈敏電子皮膚”為手術機器人練手感

手術機器人是現代醫療設備應用的重要里程碑，已經獲得廣泛的臨床應用。但與經驗豐富的人類外科醫生相比，目前的手術機器人往往缺乏“手感”，難以通過觸覺的精確、實時反饋，對人體組織進行低力度的精細化手術操作。

為解決這一問題，華中科技大學吳豪、尹周平團隊研制了一款具有超高靈敏度的電子皮膚，它能夠檢測到切割不同生物組織時的微小接觸力差別，為手術機器人提供精密操作下的接觸力反饋。相關成果發表于《國家科學評論》（National Science Review, NSR），魏丹陽為論文第一作者，吳豪、尹周平為共同通訊作者。

這種超靈敏電子皮膚采用電容式傳感原理，包括兩片柔性電極和一個具有仿生結構的離子凝膠層——離子凝膠層模仿鵝腸菜花粉的多級微納結構，使該電子皮膚具備了極高的靈敏度和較寬的測量范圍，能夠為手術機器人提供精細操作下的接觸力反饋。

具有仿生結構的超靈敏電子皮膚。

（a）鵝腸菜花朵實物圖；（b）鵝腸菜花粉SEM圖；（c）花粉局部放大圖；（d）仿生結構表面形貌；（e）仿生結構SEM放大圖；（f）電子皮膚結構圖（g）電子皮膚傳感原理圖。

離子凝膠層上的仿生微結構不僅增加了與電極之間的接觸面積，而且增加了整體凝膠層的可壓縮性，使電子皮膚的靈敏度達到了9484.3 kPa-1（＜15 kPa）。在15-155kPa的范圍內，靈敏度依然保持在235 kPa-1以上，并且顯示出優秀的線性度。該傳感器實現了低至0.13 Pa的檢測限，可檢測出重量為0.35 mg的物體，在循環5000次后性能保持不變。