近日，集成电路科学与工程学院微波电路与微系统集成实验室张晓升教授团队在国际重要学术期刊 Advanced Science 上发表了题为“All-Printed Finger-Inspired Tactile Sensor Array for Microscale Texture Detection and 3D Reconstruction”的研究性论文。张晓升教授为论文通讯作者，博士研究生王一琳为论文第一作者，电子科技大学集成电路科学与工程学院为论文第一作者单位。

　　柔性触觉传感凭借其独特性能，在人工智能、大数据和机器人等领域具有重要价值，能够为物理世界与数字世界提供无缝衔接的接口，助力人工智能更精准地感知物理世界，为大数据提供丰富信息，并赋予机器人类似人类的感知能力，推动多领域智能化发展。人类触觉本质上是多模态三维空间感知过程，当手指与物体表面发生接触时，触觉系统不仅能够解析二维平面分布的纹理轮廓信息，同时可获取法向维度的表面微形貌特征。但常规触觉传感器件通常只对二维平面信息具有感知特性，缺乏三维空间感知能力；且其三维异质异构集成制造技术仍有待深入发展，突破批量化高通量制造瓶颈。

　　针对上述难点，该研究工作提出了一种结合平面印刷电子和牺牲层工艺的三维集成微纳制造技术，该技术实现了触觉传感器三维异质集成结构的批量化全印刷制造，其立体三维悬浮构造能够在传统平面维度基础上叠加垂直维度感知功能，进而实现高性能三维触觉传感器。基于此项技术设计并制造了一种触觉传感阵列，结合数据处理电路搭建集成微系统，实现了类似于人类对微观立体细节感知的行为，具备检测微观纹理三维形态特征的能力，且能够反演构建三维表面形貌模型。

　　本研究中的触觉传感器阵列通过嵌入式硬件电路实现接触应力信号的量化转换，上位机系统接收数字化表征的触觉数据后，通过执行多维数据处理算法，可模拟生物触觉感知机制。该微系统采用电容梯度场解析的建模方法，基于离散传感单元获取的接触特征参数，构建虚拟空间内纹理特征的三维几何模型，有效复现人类触觉的空间感知特性。该研究可为智能机器人提供了一条探知微观结构并重构复现的有效途径。

　　图1.触觉传感器阵列的概念、结构和传感机制示意图。a)受手指触觉行为（即针对三维微观纹理的检测-重建能力）的启发，提出了一种全印刷触觉传感器阵列（TSA）。与传统的触觉传感器相比，所开发的TSA在水平和竖直方向都具有高灵敏度，可捕捉纹理的三维结构特征并将其重建为三维模型。b)传感单元的结构示意图，由横梁、垫片、电极和柔性基板组成，该多层悬浮结构是利用优化后的丝网印刷工艺加工所得。 

　　论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202400479