仿生多级微结构电容传感器实现高灵敏度宽线性范围及材料智能识别

传统柔性电容传感器因缺乏仿生多级结构难以兼顾高灵敏度与宽线性范围。受皮肤基底膜微褶皱和真皮-表皮交错乳头结构启发，研究人员开发了结合紫外皮秒激光诱导石墨烯电极与有序-无序介电层的多尺度微结构传感器，实现0–500 kPa宽线性范围内的高灵敏度检测，响应/恢复时间50 ms，稳定性超27 500次循环，微力检测限0.81 g。结合多层感知机（MLP）模型，该平台对海绵到钛合金等6种材料硬度识别准确率达98.8%，推动机器人触觉感知向人类认知水平迈进。

　　

受人类皮肤梯度微结构启发（尤其是基底膜的微褶皱和真皮-表皮交界处的交错乳头结构），本研究提出一种多尺度微结构电容传感器，通过结合紫外皮秒激光诱导石墨烯（LIG）电极与有序-无序介电层设计，突破传统柔性电容传感器在单一微结构下难以兼顾高灵敏度与宽线性范围的技术瓶颈。该传感器通过双重机制实现全压力范围（0–500 kPa）的高性能检测：砂纸复刻的随机分形粗糙度引发多点应力集中，模拟皮肤微皱纹的力学放大效应；双高度微凸起阶梯式压缩结构实现电容继电器控制。传感器具备超快响应/恢复能力（50 ms）、27 500次循环稳定性及0.81 g微力检测限。结合基于多层感知机（MLP）的机器学习模型，该平台对从海绵到钛合金的六种材料硬度识别准确率高达98.8%，显著推进机器人触觉感知向人类认知水平发展。