哈工大&济南大学: 材料-结构-硬件-算法,协同赋能柔性传感器层级优化

随着人机交互、具身智能、医疗可穿戴、软体机器人等前沿技术快速演进,柔性传感作为物理世界与数字世界交互的关键媒介,成为打通现实感知与智能计算的核心枢纽。传统刚性传感器难以适配曲面、人体皮肤、软体机构等非规则载体,柔性传感器凭借可V形变、共形贴合的独特优势,打破了传统电子器件的形态桎梏,开启感知技术的范式革新。

历经多年发展,材料改性、微纳结构加工、硬件电路、智能算法各个分支均产出大量研究成果。但领域长期存在分治式科研范式:材料领域追求本征传感性能的极致,结构方向专注微形貌改良,硬件团队聚焦电路集成,算法研究则多将传感器直接作为黑盒输入,各环节彼此割裂。这种碎片化发展模式造成普遍的性能权衡困境,诸多实验室器件的优异指标难以在完整系统中复现。单一维度的性能突破,常常被其他层级的短板抵消,器件层面的亮眼参数,落地为实用系统时便大打折扣。

面对下一代具身智能、电子皮肤对多维度、高可靠、抗干扰感知的现实需求,仅依靠材料、结构、硬件、算法中某一环的单点革新已经遭遇明显瓶颈。正是在此学术与应用矛盾之下,亟需跳出各子领域独立迭代的固有思维,建立一套贯通全链路的系统化学术思想,这也构成了本综述研究的出发点。

柔性电子是现代电子技术的范式变革,柔性传感器作为其核心器件,在医疗健康、机器人、人机交互等领域拥有巨大应用潜力。现有研究大多单独优化材料、结构、硬件或者算法某一个环节,这种碎片化设计会带来固有的性能制衡矛盾:高灵敏度往往伴随检测范围受限、高柔性牺牲稳定性,多模态集成又会降低单项传感性能,制约柔性传感器进一步发展。针对该痛点,哈尔滨工业大学何鹏-张墅野与济南大学逄金波团队提出“材料结构硬件算法” 全层级协同设计新范式,不再依赖单一组件的单点突破,强调四大要素之间双向反馈、相互妥协补偿,追求系统层面全局最优。综述系统梳理四大层级代表性研究进展,剖析层级协同的内在机理,构建前瞻性理论分析框架,为下一代柔性传感器的研发提供完整思路。


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