电子皮肤（E-skin）是实现灵巧手触觉感知的关键技术，架起了人机交互与智能响应之间的桥梁，其多功能感知、决策与交互控制的高集成能力，是实现灵巧手类人操作的核心前提。然而，现有电子皮肤普遍存在功能单一、制造工艺复杂、规模化生产难等技术瓶颈，难以满足医疗手术、工业操控等领域对高精度、自适应交互的严苛需求。
针对上述挑战，国内外研究者积极探索相关传感机制与制造技术的融合创新。一方面，摩擦纳米发电机因其自供能、高灵敏度和丰富信号等特征，被广泛用于构建多功能触觉传感器；另一方面，3D 打印技术凭借其低成本、可定制化和大面积兼容性，成为实现电子皮肤规模化制造的重要途径。尽管现阶段已有部分工作尝试将机器学习引入触觉感知系统，解码复杂信号并提升电子皮肤的识别精度。然而，如何将高性能传感材料、可扩展制造工艺与先进人工智能算法深度融合，构建集“感知-认知-控制”于一体的电子皮肤系统，仍是亟待突破的难题。
在此背景下，深圳大学龚峰教授、李辉副教授联合中山大学蒋乐伦教授等团队，创新性提出界面限域同轴打印技术（ICCP），成功开发出 AI 赋能全打印可拉伸摩擦电电子皮肤（TE-Skin）。该研究通过“全区域集成 + 多功能协同 + 规模化制造”的一体化设计制造，实现电子皮肤在灵巧手指尖、手掌、手背适配，兼具触觉成像、材质鉴别、用户认证与手势控制等多重功能。相关成果“An AI-Powered, All-Printed, Scalable, Stretchable Triboelectric E-Skin for Multifunctional Perception in Dexterous Hand”为题发表在《Advanced Functional Materials》。
1. 一体化设计理念：突破功能集成与适配性限制
研究创新性提出界面限域同轴打印技术（ICCP），结构上以190μm、11.25dpi实现超薄高密度传感阵列的制造，可实现双重性能突破。一方面，全区域适配性能，使传感器可无缝贴合在灵巧手的指尖、手掌、手背等部位；另一方面作为多模态传感单元，传感阵列支持同步轨迹识别、压力映射等多元感知。这种 “全区域覆盖 - 多功能集成” 的设计理念，成功解决了传统电子皮肤传感单一、适配性差的行业痛点（图1）。
图1. TE-skin设计概念图。
2.创新制造工艺：界面压缩辅助同轴打印技术（ICCP）
研究为实现电子皮肤的规模化、低成本制造，通过摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（nanoArch® S140，精度：10μm）打印的定制化同轴打印喷头与ICCP技术，将传统同轴打印的圆形纤维转化为超薄带状结构，厚度仅约为一元硬币的 1/6。此外，该技术可在1小时内快速制备出 220mm×220mm 的大面积电子皮肤，解决规模化生产难题；同时传感阵列也能保持超强的机械稳定性，在承受拉伸、弯曲、扭转等形变后，依旧高性能输出，为电子皮肤的工程化应用奠定核心基础（图2）。
图2. ICCP制造工艺及打印参数影响图。
3. 多功能感知能力：AI 驱动的高精度交互
TE-Skin 依托深度学习算法对摩擦电信号的精准解码，实现在灵巧手上的四大核心功能突破：
（1）用户认证：通过识别手指按压的频率、力度、时长等特征，结合 ConvNeXt 神经网络模型，用户识别准确率超 95%，为灵巧手提供个性化安全管控；
（2）材料识别：指尖集成的传感单元可捕捉不同材料的摩擦电信号特征，对织物、玻璃、塑料等 10 类常见材料的识别准确率达 95% 以上；
（3）形状与压力感知：手掌区域的高分辨率传感阵列可实时生成触觉压力分布图，精准还原不同形状物体的轮廓特征；
（4）灵巧手运动控制：手背区域的功能分区设计可实现手指角度调节、抓取姿态控制等指令，支持网球、纸盒等不同物体的自适应抓取与搬运。
综上，“安全认证-精准感知”的多维交互模式与“全流程闭环-复杂任务适配”的应用能力，共同推动柔性电子皮肤从实验室走向实际工程应用（图3）。
图3. TE - skin在灵巧手中功能验证。
本研究创新性提出一种基于界面限域的同轴打印技术，成功制备出兼具规模化制造与多功能感知的摩擦电电子皮肤，为开发先进多功能传感系统提供了极具吸引力的解决方案，使灵巧手能够同时获取人体和环境的触觉信息。同时， AI 与摩擦电传感器的深度融合，大幅提升了人机交互的精准度与安全性，为机器人领域的电子皮肤设计提供了极具前景的框架，为下一代精细操作和高精度人机交互场景提供技术支持。
深圳大学龚峰教授、李辉副教授及中山大学蒋乐伦教授为该论文共同通讯作者，深圳大学硕士研究生陈赵丫为第一作者，宁波大学金育安教授、中山大学刘彬副教授、深圳大学徐斌副教授、王蓓、李展达等为共同作者。该论文获得国家自然科学基金、深圳市科技计划项目等资助。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202527673
