济南大学、山东大学：研究形貌工程基电容式触觉传感器

研究背景 柔性电容式触觉传感器作为智能时代的新兴产物，在机器人、元宇宙、物联网等前沿领域备受关注。然而，在智能化进程不断演进的背景下，开发出能够媲美甚至超越人体皮肤感知能力的电容式触觉传感器始终是一个挑战。因此，一系列致力于提高电容式触觉传感器性能的策略应运而生，其中将形貌结构引入活性层是最有效的。鉴于此，基于形貌工程技术的电容式触觉传感器得到了大量的研究和关注，使得各种形貌工程技术的快速发展逐渐形成了“百家争鸣”的态势。因此，全面的综述对于基于形貌结构的电容式触觉传感器及其工程技术提供有价值的指导至关重要。 研究成果 然而，以前的综述主要集中在与新材料和前沿应用相关的讨论，没有对形貌结构设计和工程技术进行更有针对性、更深入和全面的总结。近日，济南大学牛闳森/高嵩/岳文静、山东大学李阳在Applied Physics Reviews上发表了题为“Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors”的综述文章(DOI: 10.1063/5.0230470)。本综述重点介绍了基于形貌结构设计和工程技术的电容式触觉传感器的最新进展，以及它们在智能系统中的应用。特别是，全面回顾了用于构建电容式触觉传感器的最具代表性的形貌结构（单层结构、多层结构、三维多孔结构、纤维网络结构和层次结构）和衍生的形貌工程技术（模板转移、静电纺丝、磁辅助和溶液合成）。此外，系统地总结了通过将当前尖端技术（例如，数据采集和传输系统和人工智能算法）与电容式触觉传感器相结合的智能系统。最后，详尽阐述了当前基于形貌工程的电容式触觉传感器及其智能系统面临的主要挑战，并对其未来发展趋势提供了重要的见解。济南大学牛闳森副教授和山东大学李浩博士为共同第一作者，济南大学高嵩教授/岳文静副教授、山东大学李阳教授为共同通讯作者。 图文简读 图1 通过 VOSviewer 对“触觉传感器”研究和综述文章中的关键词进行文献计量分析

图2 基于形貌工程的代表性电容式触觉传感器的发展时间表

图3 综述整体概述

图4 电容式触觉传感器的工作原理

图5 单层结构：均匀分布 图6 单层结构：随机分布 图7 多层结构：互锁 图8 多层结构：堆叠 图9 3D多孔结构

图10 纤维网络结构

图11 层次结构

图12 模板转移技术 图13 模板转移技术

图14 形貌结构制造技术

图15 先进传感阵列系统

图16 先进人机交互系统

图17 先进智能感知系统

总结与展望

展望未来，尽管基于形貌工程的电容式触觉传感器在触觉感知领域取得了重大进步，但仍然存在巨大的挑战，特别是在以下方面（图 18）： 

图18 基于形貌工程的电容式触觉传感器的前景与挑战

综上所述，基于形貌工程的电容式触觉传感器目前正处于快速演进阶段，其众多类型的形貌结构设计不仅限于触觉传感领域，还为光电探测器、超表面、结构滤色器、生物细胞培养、微流控、超级电容器和太阳能电池等领域提供了新的机遇和前景。此外，随着智能化进程的不断发展和关键技术的突破，基于形貌工程的电容式触觉传感器及其先进的智能系统将迎来新一轮的技术变革，为下一阶段的人工智能飞跃奠定基础。 文献链接： Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors    

审核编辑 黄宇