功能材料赋能的用于流场解码的柔性电子皮肤

柔性电子皮肤模拟人类皮肤特性，具有高灵敏度与适应性，由先进功能材料构成，能实时监测环境和生理信号，在医疗保健、机器人技术及可穿戴设备领域至关重要。为复制自然皮肤特性，从材料和工程策略两方面着手。一系列高性能功能材料与软质基底集成用于触觉感知，如压电材料、金属纳米线、碳构型材料、水凝胶等，它们赋予电子皮肤检测多种刺激的能力。但仅靠高性能功能材料存在滞后性和响应时间问题，因此引入工程策略修改功能材料结构以提升性能，如超薄膜、蛇形或岛桥设计以及纳米微结构等技术。智能电子皮肤将柔性电子技术与机器学习支持的智能系统集成，而流场在众多领域意义重大，柔性电子皮肤的出现为精确流场解码带来变革。本文总结功能材料开发和工程策略进展，介绍其在流场解码中的应用，并对未来发展进行展望。

休曼科技在柔性电子皮肤领域取得了一定成果，其产品所采用的技术与材料应用、工程策略的优化等方面密切相关，有望为该领域发展注入新动力。

柔性电子皮肤结构含可拉伸基底、敏感功能组件和稳定封装层。实际应用中，聚二甲基硅氧烷（PDMS）、ecoflex、龙皮和苯乙烯 – 乙烯 / 丁烯 – 苯乙烯（SEBS）薄膜常用作可拉伸基底。为提升灵敏度，集成敏感功能组件，基于高灵敏度压电聚合物和压电陶瓷的柔性电子皮肤应用广泛。多数功能材料作为导体，形成压阻传感器，如碳框架材料（碳纳米管、石墨烯、炭黑、碳化物等）、金属基纳米材料、无机半导体材料和水凝胶。

石墨烯导电性优异，如石墨纳米片与聚氨酯渗透形成的纳米复合膜，具良好导电性和柔韧性，但基于渗流的传感器线性性能欠佳，需表面改性。激光诱导石墨烯与弹性 ecoflex 聚合物结合的电子皮肤，灵敏度和稳定性高。Han Z. 等将炭黑溶液滴铸到气流成网纸上，制得超高灵敏度柔性压力传感器。Song 等提出的 3D 打印压力传感器，由叉指式 MXene 电极和多孔 CNT – PDMS 活性层组成，灵敏度高。不过，基于碳框架功能材料的器件存在器件间差异问题，而基于无机半导体的应变传感器性能均匀、一致。

基于金属纳米线的柔性电子皮肤因高导电性和机械柔韧性受关注，如基于微成型的银纳米线印刷方法有潜在应用。水凝胶因优异特性备受青睐，如可编程微流控辅助水凝胶贴片，拉伸性和导电性良好，还有基于可拉伸水凝胶的多模态电子皮肤，能自校准多种刺激传感。

稳定的封装材料对电子皮肤性能关键，聚对二甲苯、聚酰亚胺、PDMS 和 SEBS 等常用作二维电子器件封装材料。如 Wang X. 等用 PDMS 硅凝胶封装柔性压力传感器阵列，防止氧化，确保长期可用性。对于三维架构电子皮肤，Liu 等提出异质封装策略，用不同层和材料封装功能组件，确保机械性能。

休曼科技的柔性电子皮肤在材料选择上，可能也对上述各类材料进行了深入研究与筛选，以实现产品的高性能。

从工程策略改进柔性电子皮肤性能，包括超薄膜、蛇形设计、微纳米结构。超薄膜使传感器具低模量力学性能，贴合曲面，不影响皮肤运动。如采用双牺牲层方法制备的基于 CNT 的极薄压力传感器，厚度约 850 nm，灵敏度和贴合性俱佳。Zhang 等提出的约 10 μm 厚水凝胶传感器，皮肤顺应性良好。

电子皮肤在高弹性基底上有可拉伸性，但高应变下导电路径易断裂。采用蛇形图案和岛桥结构设计，可提高可拉伸性，避免裂纹，确保电连接。分析多种可拉伸传感单元，2D 结构在厚度和附着舒适度上有优势。如 Jang 等利用蛇形结构提出异质蛇形 ribbons，监测手掌动态皮肤电活动。Cai 等报道的基于图案化蛇形金属膜的多功能电子皮肤，用于触觉传感，柔韧性和可穿戴性优异。还有利用多层电极岛桥布局的可拉伸超声探头，可拉伸性良好。此外，螺旋形式、剪纸启发结构和表链形状等也被采用。

传感层的微纳米结构可提升柔性电子皮肤性能，形式多样，如多孔结构、微金字塔、纳米纤维、裂纹、纳米线、互锁结构、界面非均匀结构等。多孔结构可实现更高拉伸和感知性能，激光刻蚀石墨烯和 PU 纳米网基电子皮肤的多孔结构能附着在手指，有清晰指纹形态。利用压力诱导微结构接触面积变化的柔性电子皮肤，灵敏度更高、响应更快。如通过多次激光烧蚀制造的具有梯度金字塔微结构的柔性电子皮肤，可应用于多种场景。全纤维基敏感机械声传感器对心脏信号检测能力优异。

采用位置可编程单轴拉伸方法开发的蜘蛛启发的裂纹式多功能电子皮肤，因应变敏感裂纹直电极，灵敏度高。Kim 等结合工程策略，开发的新型柔性电子皮肤，具有超薄裂纹基层和蛇形图案结构，可与表皮共形接触，测量皮肤变形。

休曼科技也运用了类似的工程策略，对电子皮肤的结构进行优化，以提升产品的灵敏度、可拉伸性等关键性能。

流场感知在水下机器人、飞行器和人体健康监测等领域广泛应用。将柔性电子皮肤的功能材料工程策略融入流场传感器可提升性能。如柔性聚偏氟乙烯 – 三氟乙烯 / 钛酸钡 [P (VDF – TrFE)/BTO] 纳米纤维垫基流传感器用于水流检测，水凝胶顶冠可提高其灵敏度，还可设计热响应水凝胶顶冠调节灵敏度。受港海豹胡须波浪形结构启发，设计的流传感器具有基于 3D 磁体的力解耦感知能力和仿生胡须阵列结构，能检测多种水动力信息。

柔性电子皮肤可感知空气流场，如 Xiong 等提出的智能柔性传感皮肤，采用蛇形图案电极，用于多功能飞行感知。Gong 等报道的柔性量热传感器，可附着在机翼模型上检测迎角和侧滑角。

在人体呼吸检测方面，Li Y. 等开发的集成可穿戴智能呼吸监测传感器，结合人工智能技术，有助于解码人体呼吸流，性能优于现有呼吸传感器。在心血管监测上，先进智能电子皮肤技术可无创、连续、准确监测血流动力学，评估血管健康。如具有特定结构的柔性多普勒超声设备可监测颈动脉血流速度，超声贴片可连续监测脑血流动力学。具有激光雕刻蛇形图案的高灵敏度 FlexiPulse 能检测血流引起的细微应变变化，用于心血管疾病评估。剪纸启发的高灵敏度共形脉搏波传感器能准确显示脉搏波形。

休曼科技的柔性电子皮肤若应用于流场解码领域，也会借鉴这些成功案例的思路，通过优化材料和结构，实现对不同流场的精确解码。

功能材料的发展推动了柔性电子皮肤进步，将其与结构策略结合，在提升灵敏度、可拉伸性和稳定性方面成果显著，智能电子皮肤实现了流场精确解码。未来研究应开发更具适应性和多功能的材料，拓展流传感器能力。材料科学、生物工程和人工智能的跨学科合作有望开辟新可能。传感器小型化和能效研究对集成到便携式和长期监测系统至关重要。将人工智能集成到智能电子皮肤，可实现流场实时数据分析和解释，提高数据采集准确性和效率，促进智能系统发展。

总体而言，柔性电子皮肤前景广阔，随着材料、工程策略及与智能技术集成的不断进步，将为各行业带来变革。休曼科技在这一充满机遇与挑战的领域中，有望凭借自身技术优势，在功能材料创新、工程策略优化以及智能系统集成等方面持续发力，为柔性电子皮肤在流场解码及更多领域的应用拓展做出贡献，推动行业不断向前发展。