上科大学者研发软电子皮肤人机界面，并可大规模生产和重构

开发具备类似人体感知能力的自主机器人系统，对于公共卫生、安全监测以及环境保护和农业领域具有深远意义。这些机器人的触觉感知功能能够在极端和危险环境中替代人类工作，避免人类暴露于潜在风险之中。

最近，科研团队取得重大突破，研发出一种由AI驱动、基于软电子皮肤的人机界面技术。这一系统具备全面打印和大规模生产的特点，可广泛应用于其他遥感平台。

这项技术的核心在于其全打印柔性人机界面，这一设计使得机器人在物理和化学传感方面更加智能化。6月1日，相关论文《用于机器人理化传感的全打印柔性人机界面》在Science Robotics上发布[1]，内容生动、引人入胜，为这一技术的发展和应用提供了坚实的理论基础。

该论文的发布标志着机器人在感知能力方面的一大进步。随着技术的不断发展，未来这种具备高度感知能力的机器人将在更多领域得到应用，为人类带来更多便利和安全保障。（来源：Science Robotics）

上海科技大学生物医学工程学院的常任轨助理教授、智能医疗分析与柔性生物电子实验室主任于游，作为第一作者，与通讯作者——加州理工学院医学工程系助理教授高伟，共同研发了一种新型人机传感系统。

这款名为M-Bot的系统，具有独特的工作机制。它首先采集人体的表面肌电信号，然后通过机器学习算法对信号进行解码，从而实现远程操控机器人的目的。系统的机器手配备了一种电子皮肤，该皮肤不仅能执行接近感应及触觉和温度的感知映射，还能够在化学传感器的辅助下，对溶液相和干相毒害化合物进行水凝胶辅助的现场采样和实时分析。

面对众多需严格监管的有毒化合物，如农药、或化学神经毒剂，其可能导致的神经系统疾病、不孕症甚至致命风险，使得开发可控的人机交互机器人系统变得尤为迫切。与之前主要监测压力、温度等物理参数的机器人传感技术不同，该系统的化学传感器发展尤为引人注目，它能够对杀虫剂、神经毒剂和传染病病原体等物质进行检测。

本次研究人员所开发的人机界面系统，展示了电子皮肤在物理和化学传感方面的广泛应用潜力。图：M-Bot（来源：Science Robotics）】

M-Bot机器人是一款具备高度智能的工具，能够在危险性环境中进行原位威胁复合检测。它的出处在于，能够有效跟踪微量有害化合物，一旦发现污染，便会通过智能决策算法为人们提供交互式触觉警报反馈。在当今新冠疫情全球大流行的背景下，这一工具更是被拓展应用于SARS-CoV-2等致病性病菌的监测上，避免了直接与患者的接触，为抗击传染病做出了重要贡献。

想象一下，一个机器人能够与环境进行交互，就如同我们的皮肤一样感知外界的刺激。电子皮肤因其高灵活性和适应性，被认为是电子产品与人/机器人身体之间的理想接口。当前基于电子皮肤的多功能机器人监测系统仍存在一些局限和挑战。

尽管电子皮肤技术取得了长足的进步，但大多数危险化合物的快速检测方法仍然需要手动样品制备步骤。如何将化学传感器成功地集成到电子皮肤基础的机器人系统上，是当前面临的一大难题。这一难题的解决将极大地提升机器人与人交互的能力，使它们能够更好地“感受”外部世界。

未来，我们期待看到更多创新和突破，在保持机器人高度智能和灵活性的克服这些技术难题。这样，机器人将在更多领域发挥关键作用，包括环境监测、医疗护理、工业生产等。让我们一起期待这个充满潜力的未来吧！在极端环境下，机器人机械手必须借助触觉、化学以及温度等多重反馈来精细操作任意物体，以完成精确的物理化学分析。研究者于游等所打造的传感机器人系统M-Bot，具备出色的人体生理特征提取能力，并能准确接收和控制实时用户交互反馈。

值得注意的是，当前电子皮肤界面领域面临的一个挑战是缺乏可扩展、低成本的生产方法，以制造薄型、超灵活、多功能的机器人物理化学传感器贴片。M-Bot系统由两个可拉伸、轻薄的电子皮肤贴片组成，分别是与机器人皮肤接口的E-skin-R以及用于连接人体皮肤的E-skin-H。这套系统拥有强大的理化传感能力，不仅能够实现大规模生产，还具有可重构的特性。

它的制造过程采用了高速、低成本且可扩展的喷墨打印技术，并使用了一系列定制开发的纳米材料墨水。这样的生产方式使得M-Bot能够快速且以较低的成本进行制备，为机器人技术的普及和应用提供了更加便捷的途径。图：E-skin-R上的全喷墨打印多模态传感器阵列（来源于Science Robotics）

通过定制开发的功能纳米材料油墨的设计和优化，我们能够实现针对特定危险目标分析物的高灵敏度和选择性传感器。这些水凝胶涂层的印刷纳米生物传感器，为机器人平台提供了有效的干相化学采样和快速现场危害分析的能力。

M-Bot的威胁感知能力为自动化化学传感铺平了道路，并为各种实用的机器人辅助应用提供了机器介导的决策支持。这项技术不仅为开发先进柔软电子皮肤提供了有效方法，而且满足了未来现场部署和评估中高速、无线和同步多通道物理化学传感的全系统集成关键需求。

通过集成高密度和新型多模态传感器，这项技术还具有巨大的潜力，可以方便地重新配置实施到众多可穿戴设备和机器人应用中。未来，在智能机器人系统设计中，这种技术将发挥关键作用，大大提高智能机器人的环境感知能力。它将使我们能够创建更加自主、智能和适应各种环境的机器人，为人类的生活和工作带来更多便利和效率。

于游表示，随着技术的不断进步，我们有望见证这种多模态传感器技术在智能机器人领域的广泛应用，并为未来的机器人技术革命奠定坚实基础。图：于游风采，来源：于游个人主页】

于游博士，在2017年从中国科学院长春应用化学研究所毕业后，便踏上了前往美国加州理工学院医学工程系的博士后研究之路。近期，他选择回国加盟上海科技大学生物医学工程学院，投身于柔性生物电子和医疗机器人的研究前沿。

这位优秀的科研者，不仅在学术界有所建树，更是凭借自身的才华和努力，在国际顶级期刊上留下了深刻的印记。他与他的团队所发表的论文《All-printed soft human-machine interface for robotic physicochemical sensing》，在Science Robotics 7（2022）上发布，DOI号为10.1126/scirobotics.abn0495。

他的研究成果，不仅为生物医学工程领域注入了新的活力，也为医疗机器人的发展开辟了新的路径。期待于游博士在未来能够为科学技术的发展做出更多杰出的贡献。-End-

注：以上内容仅供参考，如需了解更多关于于游的信息，请访问其个人主页或相关新闻报道。