行家好！今天来了解一篇基于电阻抗断层扫描的柔滑超薄可衣服电子皮肤——《Extremely durable electrical impedance tomography–based soft and ultrathin wearable e-skin for three-dimensional tactile interfaces》发表于《Science Advances》。它能解决传统触觉传感器的许多问题色欲影视，并且功能雄壮。无论是手写识别也曾无东谈主机放胆，它齐能疏漏处治。快来跟我一齐了解一下吧！
*本文只作念阅读条记共享*
一、小序
在当代东谈主类-机器界面（HMI）应用中，可衣服电子皮肤（e-skin）至关紧迫，如在医疗、电子皮肤和机器东谈主等领域。传统阵列结构的触觉传感器存在一些错误，而基于软材料和野心风物的触觉接口也有其局限性。本文先容了一种基于电阻抗断层扫描（EIT）的柔滑超薄可衣服电子皮肤，用于三维触觉界面。
二、传统触觉传感器的问题
2.1 阵列结构的错误
分辨率与互连数目联系：空间分辨率的擢升依赖于互连数目的加多，这会导致电气噪声增大、传感器细胞间的滋扰加多以及串扰效应。
互连易受外力影响：互连闪现于外力下，容易发祈望械变形，如压缩、鬈曲或拉伸，导致信号噪声比裁汰，且单个互连的断裂可能导致整行或整列的故障。
2.2 软材料触觉接口的不及
功能有限：缺少如多点触控材干等功能，或外部组件贫困，难以罢了无缝集成。
三、EIT触觉界面的上风
互连无关的传感区域：EIT具有多点检测、挫伤鲁棒性等上风，且其传感区域无需互连，减少了联系问题。
高时空分辨率：在有限的互连数目下，EIT在触觉接口中具有相对较高的时空分辨率。
踏实性：与传统系统不同，EIT基软触觉传感器在严重损坏、物理切割、极点温度或机械鬈曲等情况下仍能泛泛运行。
四、用于HMI的软触觉映射电子皮肤
4.1 与东谈主体皮肤的共形斗殴
材料构成：软触觉传感器主要由软有机材料构成，如PDMS和Ecoflex 0030搀杂造成的PECO（双面弹性层），以及MWCNT和PECO的纳米复合材料（活性传感区域）。
上风体现：PDMS具有精致的机械和化学强度，Ecoflex具有出色的机械柔滑性，二者鸠集造成的PECO材料优化了性能，适用于可衣服栽培。活性传感区域具有刚硬和可拉伸的机械性能，能增强与东谈主体的共形斗殴。
4.2 高时空分辨率的三维压力映射
旨趣：当外部压力施加在 PECO/MWCNT/PECO结构上时，近压力区域局部拉伸，MWCNTs间的互连转念为隧穿和断开，导致阻抗加多。传感器通过测量因施加压力而变化的电阻来细眼力的存在和大小，通过周围电极流畅测量电压信息并重建阻抗漫步，进而进行信号处理，包括噪声裁汰、最大阻抗点检测和信号分类，最终将分类后的动态压力信息调养为HMI信息，用于手写识别和无东谈主机放胆。
五、软超薄电子皮肤的开导与分析
5.1 制造工艺
流程：领受微机电系统（MEMS）制造工艺，在软PECO基板上千里积SiO₂（看成临时钝化层和聚酰亚胺的粘附增强层），进行互连图案化、SU-8钝化、MWCNT微图案化（通过lift-off流程）和PECO旋涂（造成MWCNT/PECO矩阵和封装层）。
秉性：可在单个基板上制造，具有精致的可膨大性和再现性，制成的超薄触觉传感器可从玻璃基板上开释并涟漪到软模具或东谈主体皮肤上使用。
5.2 机械与电气秉性
机械秉性：应力应变测试标明，在40%应变下，施加的机械应力低于0.6 MPa；外部垂直压力测试炫耀，0.2 N的压力可导致高达5 mm的压缩深度，体现了栽培的柔滑性。通过有限元分析（FEA）盘考了栽培在压力条目下的反应，应力漫步模拟标明了其触觉传感机制。
电气秉性：MWCNT是栽培的主要传感材料，具有高智慧度，与多样弹性体搀杂后在应变或压力传感应用中具有精致的可用性。对栽培进行电气秉性测试，包括评Cu-MWCNT界面的电斗殴性能和通谈变化，发现界面具有一致的欧姆斗殴和低变化。平均阻抗随压力加多呈指数增长，约为27.48%/mm，疏导性测试炫耀具有踏实的功能。
六、EIT触觉映射接口
6.1 测量旨趣
通过注入交流电（i12）到相邻的两对栽培中，并从周围16对相邻电极对测量电压，然后纪律对总共16对电极进行不异的操作，凭证电压测量反应里面阻抗的变化，从而讹诈 EIT 旨趣重建触觉信息。
6.2 映射性能
多点检测：单个细胞和周围电极可监测多个点，在不同压力水平的测试中，压力更大的区域电压变化更彰着，展示了栽培对同期局部压力的安定映射材干。
二维空间分辨率：能隔离约1 mm铲除的压力点，分辨率约为1.7像素/mm。较大的压痕顶端可能会影响最大阻抗点的准确忖度，从而影响映射分辨率。
垂直压力感知：当压力深度加多到5 mm（十分于159 kPa）时，最大重建阻抗和平均阻抗变化均高潮，通过更复杂的重建流程可擢升传感器的智慧度和3D映射性能。
七、在多样恶劣环境下的映射材干色欲影视
不行逆机械挫伤：栽培被剃须刀切割后，通过更新参考景况为损坏景况，可使压力映射规复泛泛运行，展示了高可用性。
温度波动：从20℃加热到100℃时，平均阻抗渐渐裁汰约15%，冷却后规复接近开动值。更新参考景况为高温景况后，可罢了泛泛的压力检测。
机械鬈曲：当栽培鬈曲半径为2 mm 时，平均阻抗变化约4%，小于0.1 mm深度的垂直压力变化。在涟漪流程中，阻抗总体高潮但电压规格踏实，鬈曲后重置参考可证据压力点映射材干。
八、软触觉接口的可衣服应用
软触觉接口大要在东谈主体上罢了共形斗殴和高功能性，举例在前臂上用于监测手指触摸书写。
手写识别：通过追踪压力最大点进行手写识别，使用微调的EMNIST算法，对大写字母的识别准确率较高，经过10，000次书写测试，仍能踏实运行（准确率> 80%）。
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无东谈主机放胆：将测量的压力信息调养为无东谈主机呐喊，罢了腾飞、降落、旋转、高度变化和挪动等操作。
九、大面积软电子皮肤的进一步盘考
挑战：大面积EIT赞助触觉传感器的关节挑战是导电域映射性能的变化，尤其是中心地能较低。
上风：本盘考的制造风物大要有用评估传感器对多点和多样压痕局势的压力感知材干，展示了私有上风。
应用测试：将大面积触觉传感器放手在东谈主体下背部进行测试，说明其在及时HMI应用中的精致性能，有望通过野心卓著进一步发展为大面积可衣服电子皮肤。
要而论之，本文报谈的基于EIT的软超薄电子皮肤 在可衣服触觉接口中具有高性能的映射材干、精致的机械和电气秉性，以及在多样恶劣环境下的踏实性，在东谈主机交互应用中具有浩荡的远景。
一齐作念作念题吧
1、传统阵列结构触觉传感器加多互连数目会导致什么问题？（ ）
A. 擢升分辨率
B. 电气噪声增大
C. 裁汰资本
D. 增强踏实性
2、基于软材料的野心风物的触觉接口时常缺少的功能是（ ）
A. 多点触控材干
B. 防水功能
C. 自清洁功能
D. 快速充电功能
3、软触觉传感器中 PDMS 和 Ecoflex 0030 搀杂造成的材料是（ ）
A. PECO
B. MWCNT
C. SU - 8
D. SiO₂
4、当外部压力施加在 PECO / MWCNT / PECO 结构上时，MWCNTs 间的互连会转念为（ ）
A. 短路
B. 隧穿和断开
C. 电阻不变
D. 电容增大
5、软超薄 e - skin 领受的制造工艺是（ ）
A. 微机电系统（MEMS）制造工艺
B. 3D 打印工艺
C. 传统机械加工工艺
D. 化学蚀刻工艺
6、考证软超薄 e - skin 柔滑性的测试包括（ ）
A. 应力应变测试
B. 高温测试
C. 防水测试
D. 电磁兼容性测试
7、EIT 的基喜悦趣是凭证材料领域的电测量推断（ ）
A. 材料的神采
B. 电导率和介电常数等电秉性的漫步
C. 材料的硬度
D. 材料的分量
8、EIT 触觉映射接口的秉性不包括（ ）
A. 多点检测
B. 二维空间分辨率高
C. 只可检测单一压力点
D. 垂直压力感知材干强
9、EIT 触觉传感器在极点环境下的测试不包括（ ）
A. 不行逆机械挫伤
B. 温度波动
C. 高湿度
D. 机械鬈曲
10、在温度波动测试中，从 20℃加热到 100℃时，传感器的平均阻抗会（ ）
A. 渐渐裁汰
B. 渐渐加多
C. 保执不变
D. 先加多后裁汰
11、软触觉接口在可衣服应用中的具体应用不包括（ ）
A. 手写识别
B. 无东谈主机放胆
C. 健康监测
D. 语音识别
12、在手写识别应用中，擢升识别准确率的风物可能不包括（ ）
A. 使用微调的 EMNIST 算法
B. 加多执行数据
C. 更换传感器材料
D. 优化信号处理算法
13、大面积 EIT 赞助触觉传感器的关节挑战是（ ）
A. 导电域映射性能的变化，尤其是中心地能较低
B. 资本过高
C. 制造工艺复杂
D. 分量过大
14、著述中展示的大面积触觉传感器的测试场景是（ ）
A. 东谈主体下背部
B. 手掌
C. 头部
D. 腿部
参考文件：
Kim K色欲影视， et al. Extremely durable electrical impedance tomography-based soft and ultrathin wearable e-skin for three-dimensional tactile interfaces. Sci Adv. 2024 Sep 20;10(38):eadr1099.