新型电子皮肤集成人造毛发 实现多方向触觉感知与预判
来自开姆尼茨与德累斯顿的研究团队在开发集成人造毛发的敏感电子皮肤（e-skin）方面迈出关键一步。电子皮肤是试图模仿人类皮肤敏感度的柔性电子系统。应用范围涵盖皮肤替代、人体医疗传感器、类人机器人与仿生人的仿生皮肤。
微小表面毛发能感知并预判人类皮肤上最微弱触觉，甚至识别触摸方向。现代电子皮肤系统缺乏此能力，无法获取周围环境这一关键信息。
研究团队探索新途径，开发可集成进电子皮肤系统（有源矩阵）的极高灵敏度、方向相关的3D磁场传感器。团队采用全新微型化与3D器件阵列集成方法，在模仿人类皮肤自然触觉方面迈出关键一步。成果发表于《自然·通讯》。
第一作者Christian Becker表示：“我们的方法允许功能传感元件在3D空间精确空间排列，且可通过并行制造工艺大规模生产。此类传感器系统用成熟微电子制造方法极难实现。”
传感器系统核心是各向异性磁阻（AMR）传感器。AMR传感器可精确探测磁场变化。目前用作汽车速度传感器或测定各类机器运动部件位置角度。
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为开发高度紧凑传感器系统，研究者利用所谓“微折纸工艺”。该工艺将AMR传感器组件折叠成可解析三维磁矢量场的三维架构。
微折纸让大量微电子元件在小空间内按常规微制造技术无法实现的几何形态排列。“微折纸工艺开发逾20年，欣见这项优雅技术的全部潜力如今被用于新型微电子应用。”Oliver G. Schmidt教授说。
团队将3D微折纸磁传感器阵列集成进单一有源矩阵，每个单独传感器可由微电子电路便捷寻址读出。“有源矩阵磁传感器与自组装微折纸架构的结合，是微型化集成高分辨率3D感测系统的全新方法。”Daniil Karnaushenko博士说，他对项目概念、设计、实施起决定性作用。
团队成功将磁性固定的细微毛发与3D磁场传感器集成进人造电子皮肤。电子皮肤由弹性体材料制成，电子器件与传感器嵌入其中——类似有机皮肤交织神经。
毛发被触碰弯曲时，底层3D磁传感器可探测磁性根部的运动与精确位置。传感器矩阵不仅能记录毛发裸运动，还能确定运动的确切方向。如同真实人类皮肤，电子皮肤上每根毛发都成为完整传感单元，能感知并探测周围环境变化。
3D磁传感器与磁性毛发根部的磁机械耦合实时提供新型触觉感知。这在人机紧密协作时极重要。例如，机器人能在预期接触或非预期碰撞即将发生前，提前且详细地感知与人类同伴的互动。
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