综述：材料–结构–硬件–算法协同驱动柔性传感器的层级优化

《Nano-Micro Letters》：Materials–Structure–Hardware–Algorithm Co-Driven Hierarchical Optimization for Flexible Sensors

　　

柔性电子代表了现代电子学的范式转变，其中柔性传感器作为这些系统中的关键组件。尽管在材料、结构、硬件和算法的创新推动下取得了显著进展，但传统设计方法侧重于优化单个层级，存在固有的性能权衡，限制了进一步发展。本综述认为，未来性能的提升不能再仅仅依赖于独立组件的突破，而必须采用一种跨越“材料–结构–硬件–算法”层级的全新协同设计范式。在本综述中，研究人员系统地梳理了这四个关键层级的研究现状和代表性进展，分析了层级协同的重要性及近期突破，并建立了一个前瞻性的理论框架，以促进柔性传感领域的创新与发展。提出了一种新颖的协同设计范式。本文提出了一种“材料–结构–硬件–算法”的整体协同设计范式，以克服传统碎片化传感器的性能权衡。基于柔性传感器的基本组成建立了一个系统性的研究框架。通过以材料、结构、硬件和算法为核心层级组织综述，阐明了这一动态领域内的相互关联。系统地梳理了该领域核心组件的研究格局。本综述全面概述了材料、结构、硬件和算法层级上的代表性进展，并概述了下一代柔性传感器的未来挑战和方向。

本综述系统性地探讨了柔性传感器领域“材料–结构–硬件–算法”协同设计范式。论文首先介绍了柔性电子和柔性传感器的背景与重要性，指出传统设计方法仅优化单一层级导致性能权衡（如灵敏度与检测范围、柔性与稳定性之间的矛盾）。随后，论文详细阐述了传感机制（包括电阻式、电容式、摩擦电式、压电式和安培式等）及其对应的材料需求，并给出了传感器性能评价参数定义。在材料层面，论文将材料分为传感材料、电极材料和结构/封装材料三类，分析了各类材料的选择原则、性能优化策略及可靠性设计，包括导电弹性体、微接触结构、多孔结构、几何拓扑结构、网格/编织结构、微凸起结构和三明治结构等典型功能结构。结构设计部分还讨论了多功能、多维、多模态传感器的结构创新，以及系统架构（多传感器网络、多传感器阵列、连续场+分布式传感点）和抗串扰设计。硬件层面涵盖了传感器硬件系统的核心阶段、信号转换原理、参数选择、先进集成技术以及近传感/内传感计算。算法部分则包括信号预处理、缺陷补偿、解耦算法和解释算法，并讨论了边缘部署优化。论文通过两个典型实例展示了全链路协同设计的优势，最后展望了未来发展趋势（如多机制融合、新材料应用、信息维度扩展、感驱闭环、边缘计算、柔性储能、先进制造、大语言模型集成等）和关键瓶颈（缺乏标准化、可制造性、边缘计算能耗、长期稳定性测试不足、机器学习可信度、可持续性等）。