我校张虎林教授在Nature子刊发文

近日，我校集成电路学院张虎林教授在国际顶级期刊《Nature Communications》发表了题为“A self-powered hydrogel electronic skin with decoupled multimodal sensing for closed-loop human-machine interactions”的研究型论文。我校为该论文第一单位，我校博士生白晨辉为第一作者，张虎林教授和新加坡国立大学翟玮教授为论文通讯作者。

研究团队受人类皮肤感知机制的启发，将热伏效应（thermogalvanic effect）、离子压电效应（piezoionic effect）与扩散效应（diffusion effect）协同集成于单一水凝胶体系中，分别对应模拟皮肤中自由神经末梢的温度感知功能、梅克尔细胞的机械压力感知功能以及鲁菲尼末梢的电解质感知功能。为实现三种传感机制之间的有效耦合，水凝胶被设计为具有应力调控能力的棱柱结构。该结构能够在外部载荷作用下诱导应力向尖端区域集中，并沿皮肤法线方向增强应力驱动的离子极化行为，从而显著提高器件的输出电流响应与机械灵敏度。

基于该多模感知电子皮肤水凝胶，团队进一步设计了一种高度集成的主动多模态信号生成腕带。该腕带集成了基于水凝胶的信号生成单元、信号处理与无线传输电路以及信号反馈控制单元，结合机器学习算法，该系统可实现对复杂刺激信号的高精度识别与手势指令解码，同时支持生理参数监测、机器人控制以及触觉反馈再现功能。该研究为构建高效、柔性、多功能的人机交互系统提供了一种材料与结构协同设计的新路径。

PVA水凝胶多模感知电子皮肤的设计原理

该研究得到国家自然科学基金（52475600）和山西省科技合作交流专项（202304041101021）的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69450-9