编辑丨ScienceAI
皮肤是人类与外界交互的重要窗口，而机器人要像人类一样灵活适应复杂环境，也需要一套能够「感知」与「操控」的智能皮肤。以往的电子皮肤侧重模仿皮肤组织的传感功能，常常忽略了皮肤附属器的特异化功能（如鳞片的保护、摩擦控制功能）。
近期，新加坡南洋理工大学夏焜校长讲席教授、清华大学高华建院士、南洋理工王一凡教授、湘潭大学王秀锋教授团队联合，在《Science Advances》上发表了最新研究成果：一款突破性设计的智能电子粘附皮肤！
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt4765
创新技术亮点
这款电子皮肤融合了感知与可控粘附的双重功能，克服了传统粘附设计的诸多限制，实现了智能粘附在电子皮肤中的集成和多场景应用。其研究亮点包括：
强弱粘附解耦
传统智能粘附设计中，强粘附和易脱粘往往难以兼顾。此次研究利用形状记忆聚合物（SMP）的橡胶态-玻璃态相变特性，实现了从 kPa 级弱粘附到 MPa 级强粘附的调控。
玻璃态下，SMP 与粗糙表面接触差，处于非粘附模式，适合于避免粘附的轻巧与灵巧操作场景；橡胶态下，SMP 各种表面都能形成粘附接触，处于可控强粘附模式，便于协助处理大型重型或易碎物体。
感知与粘附的系统集成
传统智能粘附系统强弱耦合，一种设计要么粘附太强要么粘附太弱，没法同时适用于需要粘附和避免粘附的场景，故而在电子皮肤中的集成与应用受限。
该研究解耦了强弱粘附，实现了按需粘附，可以在可控强粘附模式和非粘附模式之间便利切换。在此基础上集成了柔性压力传感器、柔性加热器和SMP智能粘附表面结构，制备了电子粘附皮肤。
通过把电子粘附皮肤集成到机械手上，该研究展示了模仿皮肤组织和皮肤附属器的集成电子粘附皮肤系统对于机器人-环境的复杂交互需求的适应性：既可以用于接触信息监控、表面形貌测量、轻巧物体操控等避免粘附场景，也可以用于抓取大型重型物体等需要粘附场景。
突破性应用场景
表面检测
机器人机械手配备电子皮肤后，能够在非粘附模式下精准检测表面纹理。相比传统硅橡胶皮肤引发粘滑现象导致测量不准确的情况，这款智能皮肤显著提高了测量精度，减少了噪声干扰。
轻巧物体抓取
当抓取轻型物体（如毛巾）时，玻璃态的粘附皮肤处于非粘附模式，避免了物体被粘住的困扰，实现了顺畅的抓取和释放操作。
重型和多样化物体操控
可控强粘附模式下，机器人可以轻松抓取并操控不同尺寸和重量的物体（例如鸡蛋或 1.2kg 的铝块），展示出在工业制造与物流场景中的强大潜力。
多表面适应性
无论是对于光滑的玻璃、粗糙的木材，还是特殊结构的金属表面，这款电子粘附皮肤都能适应并稳定发挥作用。
图 1：SMP 机器人粘附皮肤的设计与操作。
（A）在传统的粘附设计中（左图），最大粘附强度与最小强度成正比，在拉开模式和剪切模式下都具有较大的比例常数（中图）。这一限制意味着无法在同一粘附材料上同时实现强粘附和易剥离。
相比之下，提出的 SMP 粘附皮肤的最大和最小粘附强度相互独立，且比例常数非常小（中图）。这使得粘附具有广泛的可调性，使粘附皮肤能够在需要粘附或避免粘附的场景中有效发挥作用，从而大大增强了机器人与环境的交互能力（右图）。
（B）SMP 粘附皮肤集成到机器人手上（左图），以增强其与环境交互的能力。
（C）粘附皮肤上单个 SMP 粘附纤维按需粘附和剥离的原理。① 在玻璃态接触时粘附力最小。② 在橡胶态接触时按需粘附。③ 冷却到玻璃态后形成强 DMT-like R2G 粘附。④ 通过加热回到橡胶态关闭粘附，SMP 纤维在 JKR-like 状态下剥离。
研究意义与未来展望
该研究不仅解决了传统电子皮肤在粘附功能上的设计瓶颈，还为机器人智能化拓展奠定了基础。通过精准调控粘附行为，这款电子皮肤能够适应多场景、多任务需求，包括工业抓取、物流搬运、医疗辅助手术等领域。
更重要的是，它开创了机器人感知与操控能力的新方向，推动了机器人交互技术的发展。未来，这项技术或将实现更大规模的产业化，为智能机器人领域注入新的活力。机器人将不再仅仅是「工具」，而是更灵活、更智能的协作伙伴！
参考文献：Linghu, Changhong, et al. "Versatile adhesive skin enhances robotic interactions with the environment." Science Advances 11.3 (2025): eadt4765.