电子皮肤，一种可以让机器人产生触觉的系统，其结构简单，可被加工成各种形状，能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。该项技术关键点在于一种名为QCT的复合材料，由美国麻省理工学院的技术人员研发而成。其他类似发明还有日本和飞利浦公司研制的电子皮肤。

在古代亚洲和欧洲，“割肉补疮”有近2500年的历史，只不过考虑当时的医疗和麻醉水平，这似乎更是一种酷刑。现代植皮手术最早出现在19世纪末。数据显示，全世界每年接受皮肤移植的患者人数近20万，存在不可恢复性皮肤创伤且尚未接受植皮手术的患者总数超过400万。

对皮肤组织的不可修复性损坏，考虑到身体排斥性反应，植皮几乎是唯一选择。医生主要靠切取患者自身或他人皮肤进行移植修复，难以忍受疼痛不说，还会在患者取皮部位留下新创伤，身体和心灵的创痕往往难以磨灭。

此外，大面积皮肤损伤患者的植皮来源也是问题。移植后的皮肤十分脆弱，还存在触觉减弱、免疫力下降等后遗症。在各国科学家的努力下，超仿真电子皮肤模型正在成熟。如果投入人体试验，这将是患者的福音。

模仿人类皮肤感知功能的电子皮肤（E-skin）是一种新型的柔性可穿戴传感器，具有轻薄、柔软、灵活等特点，可将外界刺激转化为不同的输出信号，因此在智慧医疗、人机交互（HMI）、虚拟现实（VR）和人工智能（AI）等领域具有广阔的应用前景。目前E-skin大多需要与外部电源集成，以及多设备协调。除了传感部分外，大多数组件通常都是刚性的，这极大地影响了E-skin的美感、舒适性和安全性，也对信号采集产生了不利影响。因此，迫切需要开发和构建轻薄、柔软、高透明度和高稳定性的一体化自供电的透明E-skin。

电子皮肤模拟、还原甚至取代机体皮肤，首先要具备感觉和触觉，即与人体皮肤一样感知不同外界压力，畅通传导触觉信号的最基本功能。

早在2003年，日本东京大学的研究团队利用低分子有机物——并五苯分子制成薄膜，通过其表面密布的压力传感器，实现了电子皮肤感知压力。

时隔两年，该研究团队又在特殊塑料薄膜中重叠嵌入分别感知压力和温度的两组晶体管，在晶体管电线交叉的位置使用微传感器记录电流起伏，可判断出日常温度和每平方厘米300克以上的压力。此外，这种电子皮肤成本相当廉价，每平方米只需100日元（约1美元）。

美国加州大学伯克利分校研究团队设计出的电子皮肤，可辨别更细微的压强，这种由聚合树脂和敏感橡胶覆盖锗硅混合纳米线制成的皮肤，可感知50克以下的细微压力。

随着尖端材料科学研究的深入，石墨烯、碳纳米等特殊材料因超轻薄、韧性强、电阻率小等优良特性，被科学家认为是电子皮肤的优良“基底”。例如，由中国研究人员使用碳纳米管传感器制成的高灵敏度皮肤，甚至可感知到20毫克蚂蚁的重量。

英国剑桥大学的研究人员，也正在尝试将随意拉伸和变形的电路移植到透明的弹性硅胶上，力图赋予电子皮肤更多近似人体皮肤的物理特性。按照设计，这种电子皮肤可包裹四肢与手臂，有望应用于皮肤移植。

然而，电子皮肤真正移植于机体前，还要考虑皮肤内部的生理功能与结构问题。电子皮肤与周围正常皮肤的神经、肌肉、淋巴及腺体等和谐共生，将感知的触觉反馈给神经细胞，并接受神经精确无误的指令传输，这都是科学家们下一步努力的方向。

美国斯坦福大学女科学家鲍哲南对人造电子皮肤的研究再上一层楼，继高灵敏度和自我发电两大创新之后，她的研究团队又为这种超级皮肤增加了透明和可拉伸功能，为人造电子皮肤更接近人类皮肤赋予重要意义。

斯坦福大学化学工程系副教授鲍哲南去年9月 和她的博士生、研究生团队发明了一种可模拟人类皮肤的高灵敏度柔性塑料薄膜材料。这种材料由高灵敏的电子感应器组成，当无数的感应器连成一片时，就形成与人类皮肤相似的薄膜。这种电子皮肤可以感知一只蝴蝶停在上面的压力，可以被广泛用于假肢、机器人、手机和电脑的触摸式显示屏、汽车方向盘和医学等。今年2月，鲍哲南团队再接再厉，创造性研制出世界最新的可拉伸太阳能电池，使电子皮肤可以实现自我发电。如今，鲍哲南团队又利用纳米材料为这种皮肤增加了透明和可拉伸功能，距离人类皮肤的功能越来越近。

鲍哲南表示，去年发明的电子皮肤虽然可以很灵敏检测到触觉，也可以弯曲，却没有拉伸的功能，弯曲多了还会裂开，原因就在于电极的拉伸性不理想。“我们将这种 无机材料制成的电极更换为带有导电功能的碳纳米管，放在透明的衬底上。由于碳纳米管具有非常好的柔软性，可以拉伸两倍以上，回复原位形成小弹簧形状，还能保持非常高的导电率，同时具有透明度”。这种透明功能使得电子皮肤可以模仿人类不同肤色的皮肤。

也有科学家同时在研究人造电子皮肤的可拉伸性，但存在这样那样的问题。鲍哲南说，“有的导电率高却因需加很多碳纳米管造成不透明，有的虽可以拉伸却降低很多 导电率。我们克服了这些问题，把碳纳米管变成小弹簧，既简单又可以得到非常好的性能，拉伸幅度最大，导电率最高，比较实用，可以做大面积的，也容易做。”

将人造电子皮肤最终赋予与人类皮肤同等功能是鲍哲南的长期研究目标，她表示，要达到这个目标还需要增加温度、湿度等传感器，并能与神经细胞交流。“现在的传感器还不能与神经细胞交流，还需要用电线与细胞连接起来。这些都是我们需要研究的。”

皮肤搭起“桥梁”

电子皮肤的应用绝不局限在医学领域，同3D打印、大数据等创新科技成果一样，电子皮肤将为某些领域带来质的改变。

目前，即便世界上最逼真、最仿生的义肢，也难以实现触觉的突破。具有触感能力的电子皮肤，却完全能使假肢理解触摸、弯曲或按压等动作，帮助配有假肢的人恢复感觉。

跳出医学领域，电子皮肤无疑将是研发智能机器人领域的革命。机器人设计虽早已实现视觉和听觉等功能，并能进行一些复杂的技术操作，但由于皮肤恰恰是机器人技术研发中容易被忽视的部分，直接导致笨重的“盔甲”往往难以检测多方向的触觉三维力，难以体会拿起一个苹果或一个杯子所需力量的差异。

具备良好压敏特性和柔韧性的电子皮肤可解决机器人设计的难题，它既能帮助机器人敏感获知环境信息，又赋予了其机械灵活性。

对引导未来IT潮流的可穿戴设备，电子皮肤也大有可为。作为一种可嵌入或覆盖人体的高精尖设备，未来不需要给慢性病患佩戴电子监视设备来跟踪心率、血压、血糖等指标，电子皮肤就是人体健康最好的指示标。

例如电子皮肤与智能手表和腕带等结合，只需要把电子皮肤输出的电学图形信号加以比对分析，就可实现“智能把脉”。科学家还设想，利用装有电子皮肤的设备监测咽喉部肌肉运动产生的微弱压力变化，完全可将压力变化信号转化为语音，为聋哑人群充当“传声筒”。

电子皮肤正在超越皮肤本身的属性。从技术趋势来看，电子皮肤为假肢制造、机器人设计、可穿戴设备等领域搭起了桥梁。

2012年，斯坦福大学鲍哲南团队率先报道了第一个多层自愈合成电子皮肤。随后，全世界的研究团队纷纷开始关注多层合成皮肤的研究。

该系统结构简单，可被加工成各种形状，能像衣服一样附着在设备表面。其技术关键点在于一种被称为QCT的量子隧道复合材料。

与以往类似的材料相比，QCT材料不但能感知物体的硬度还能监测到物体的硬度等级。此外，借助XY扫描技术，使用QCT技术的机器人还能获得不同区域（如前臂、肩部和躯干）的综合知觉信息。

QCT是一种金属活性聚合材料，由金属或非金属碎料压制而成，这种材料能对微小的压力和触感进行测量并通过电阻值的变化反馈给电路，这就如同通过调光开关控制灯泡的亮度一样。由于QCT自身所具备的这种独特性能，它可被制作成各种形状和大小的压敏开关。通过丝网印刷后的QCT材料的厚度可薄至75微米。

QCT的运行功耗极低，整个系统无移动部件，可直接与物体接触而无需任何空气层。这使得其十分可靠，可被一体化集成到超薄电子设备中，同时还具备极长的运行寿命。

QCT技术已先期在美国宇航局的Robonaut机器人项目上获得了应用，其先进的传感技术和机械臂在世界均属领先。研究人员下一步的目标是让机器人具有与人类更为接近的触觉并增强其与人类的互动能力。

2024年5月3日，据美国《科学日报》网站报道，世界首款弹性电子皮肤能使机器人和其他设备具备与人体皮肤一样的柔软度和触摸灵敏度，这为执行需要极高精确度和控制力的任务开辟了新的可能性。

美国得克萨斯大学奥斯汀校区研究人员研发的这种新型弹性电子皮肤解决了这一新兴技术领域的一大瓶颈。现有电子皮肤会随着材料拉伸而失去传感精度，但这种新型电子皮肤不会。

日本科学家发明的电子皮肤由橡胶、导电石墨和新型晶体管组成。

电子皮肤在橡胶聚合体里面加入电传感石墨薄片。当受到触碰的时候，它的电阻会发生变化，这些变化立即被藏在皮肤表层下面的一系列晶体管察觉到。

主要的困难在于让这个装置的反应变得像真人皮肤一样灵活，最终能够穿在机器人的手臂上。传统微型芯片的晶体管是由硅材料制成的，坚硬易碎。但是日本科学家使用一种叫做并五苯的柔软的有机材料代替制造晶体管。电子皮肤的传感器系统由32*32的软材料晶体管方阵组成，每个2.5平方毫米。科学家希望能够造出比这还小100倍的晶体管出来。这种电子皮肤能够被大幅度弯折而不会破坏晶体管，甚至把它包在2毫米直径的棒上仍能继续工作。

日本科学家希望为他们的人造皮肤加上更多的功能，他们还想让它变得更有弹性，现在它们更像一张纸，能够弯折但没有弹性。

哈佛大学专门研究机器人触觉的罗伯特-豪认为这非常困难，他还对电子皮肤的影响持保留意见，认为大多数类似的设计都没有走出实验室。

香港城市大学于欣格教授团队参与的跨院校研究团队，成功研发出一套“皮肤集成的触觉界面”系统。通过紧贴皮肤的无线致动器，将能源转换成机械动能，将触觉刺激传送到人体。这项研究成果不但可应用在社交媒体及电子游戏上，也可以帮助义肢使用者透过触觉感应外在环境。

2022年，兰州大学物理科学与技术学院兰伟教授领衔的柔性电子科研团队提出了一种一体式自供能的全透明柔性E-skin，该系统由透明超级电容器、可拉伸透明应变传感器和蛇形电阻组成。以富含氧空位的氧化钼纳米线为活性材料，利用纳米纤维素调控光折射率，形成自支撑纸电极，构成的柔性透明超级电容器表现出优异的柔性、透明性和电化学性能。由一维银纳米线和二维MXene纳米片构建的“岛桥结构”应变传感器具有极高的灵敏度，1%应变条件下，GF因子高达220，与同类型器件相比高出2个数量级。超级电容器作为“隐身”电源可为一体式E-skin系统进行供电。实验结果表明，在动态和静态形变情况下，无论应变范围大小，均表现出优异的传感性能。充电后，一体式E-skin贴敷于人体皮肤，可实现对脉搏、吞咽、肢体运动等微弱生理信号和大范围肢体运动等的多尺度人体活动的实时检测。

2024年6月5日消息，华大学航天航空学院、柔性电子技术实验室张一慧教授课题组在国际上首次研制出具有仿生三维架构的新型电子皮肤系统，可在物理层面实现对压力、摩擦力和应变三种力学信号的同步解码和感知，对压力位置的感知分辨率约为0.1毫米，接近于真实皮肤。该成果日前在国际学术期刊《科学》杂志上发表。

飞利浦研究实验室2009年底宣布他们已经完成一项新的技术E-skin（电子皮肤），主要用于产品的外观装饰。电子皮肤是飞利浦正在进行的电子纸研究的一部分，使用这项技术可以对各种产品覆盖一层“变色皮肤”。

电子皮肤可以覆盖在各种设备上，不需要使用背光光源，它可以接受周围环境的光线来实现颜色适配和节能，在户外也能像油漆一样保持色彩明亮生动。这项新技术初期将用于手机、MP3等小型设备的外观增强，未来有可能进行大面积使用，例如给整个房间安装电子壁纸。‘

2023年，莫斯科电子技术大学与莫斯科国立谢东诺夫第一医科大学科研人员合作，开发了两组应变式传感器：触觉传感器和可拉伸传感器。这种传感器可用于制造“电子皮肤”。