电子皮肤概述

皮肤是人体最大的器官，是人体的物理屏障，也是人体感知环境的重要器官，具有优异的自愈合能力及感觉（如温度、痛觉、压力等）传感性能。皮肤中包含多种感觉受体，可将皮肤与环境的物理接触转变为电信号，进而传输到中枢神经系统，最终由大脑的躯体感觉皮层做出判断，实现对外界环境的感知。

当皮肤受损时，特别是较大面积的损伤或缺失时，皮肤难以自愈，导致物理屏障作用减弱。此时，皮肤中的感觉受体受到破坏，导致人体对外界环境的触觉感受减弱甚至丧失。目前，植皮是治疗大面积皮肤损伤的主要手段，但仍存在皮肤来源有限及皮肤功能重建难度高等问题。此外，由于机器人与人工智能的快速发展，人们期望赋予机器人更多的功能，例如与人类相似的皮肤传感性能。具有皮肤传感性能的机器人在病患看护、疾病诊断与监测方面具有重要的应用，可实现较为复杂的交互任务。上述需求推动了电子皮肤的快速发展。

图10-1　人类指尖皮肤剖面图与电子皮肤示意图
Figure 10-1　Cross-sectional view of human fingertip skin and schematic diagram of e-skin

所谓电子皮肤（e-skin），就是模拟人体真实皮肤功能的人造皮肤器件（图10-1），也被称为智能皮肤（smart skin）。电子皮肤器件不仅具有皮肤的感觉传递功能，还可以被赋予更多的功能。例如，可将化学或生物传感器集成于电子皮肤中，实现对环境或人体的气体或液体物质的检测，从而对环境变化或人体生理状态变化进行监测。电子皮肤有望作为假体移植到人体，替代缺失或病变的皮肤。此外，电子皮肤在软体机器人方面有非常广阔的应用前景，有望赋予机器人更多的功能，通过模拟皮肤的传感作用来完成交互式任务。

电子皮肤器件的发展经历了单一功能器件到多功能集成器件的过程。根据不同的需求和应用场景，人们可对电子皮肤器件的结构和功能进行设计，体现出非常强的灵活性。本章将介绍电子皮肤器件的设计要素、种类及应用。