文｜陈根

皮肤，是人和动物自我保护的一种机制。生物系统中，软组织可以通过应变增强来有效调节机械强度以避免受伤。电子皮肤作为能让机器人产生真实触感的系统，大大提升了机器人的柔韧性和延展性，却无法做到像人类皮肤一样感知疼痛、规避危险。

近日，中科院宁波材料所的研究人员受河豚皮肤的三维形变启发，基于在碳基／高分子复合薄膜的构筑及其柔性驱动与传感方面的研究积累，提出了基于应变感知增强（SPS）效应的仿生皮肤，实现了从触觉到痛觉感知的转变。

传统的电子皮肤通常建立在单一的压力感应模式上，其虽然能够感知压力，但是超过一定的压力阈值就会出现问题。一定意义上，这些皮肤就像记录压力的开关，但是无法真正感受自己承受了多大的压力。此外，这些皮肤很容易受到破坏，因为超过某一压力限制就会缺乏灵敏度。

而中科院研究人员新开发的仿生皮肤，结合了生物体的体感系统，可以在组织或者皮肤发生拉伸时实现触觉到痛觉的可控阈值转变。具体来说，研究人员采用界面自组装和原位功能化策略，构筑了具有界面互锁结构的二维石墨烯基弹性超薄膜（ECF），其和真实脊椎动物的神经感觉系统具有相似的感知趋势。

在ECF中，石墨烯片层之间相互堆叠形成的动态网络，通过不同程度的滑移，可以敏锐地响应外界应变刺激。进一步，通过调控石墨烯片层的厚度，可以实现应变阈值在7．2％到95．3％范围内变化。

此外，在河豚皮肤三维形变的启发下，研究人员将ECF集成为自支撑形式的仿生皮肤，其不仅能够实时监测三维气动形变，还可以通过SPS效应有效检测到处于过度膨胀状态的三维形变，实现动态的痛觉感知。

该研究对机器人领域来说意义重大。机器人拥有感知后，可以自主规避危险，延长使用寿命。未来，知冷暖、感疼痛，或许再也不只是人和动物的专属。