柔性触觉传感器作为其核心功能组件，负责捕捉外界物理信号并将其转化为可处理的电信号，是实现人机交互与环境感知的关键环节。随着对柔性材料和柔性电子技术的深入研究，柔性触觉传感器的性能和应用前景不断提升。柔性触觉传感器作为新兴技术领域的重要组成部分，正在迅速发展并展现出巨大的应用潜力。下面电子展小编就来简单聊一聊柔性触觉传感器的关键技术路径及未来发展方向。
01基本原理
电子皮肤（e-skin）是指一种具有高度柔性和感知能力的人工皮肤系统，它能够模拟人类皮肤的感知功能并进行实时反馈。电子皮肤通过集成多个传感器、数据处理和通信模块，能够监测多种物理信号，如触觉、温度、湿度、压力等信息。与传统的硬质传感器不同，电子皮肤具有高度的柔韧性和可拉伸性，能够适应各种复杂的形态和环境。
在电子皮肤系统中，柔性触觉传感器是实现类皮肤触觉功能的关键单元，其核心任务是将外界机械刺激（如压力、应变、摩擦等）转化为可测的电信号，使系统具备类似人类皮肤的感知能力。
该过程通常依赖于功能材料在外力作用下产生的物理性质变化：如压阻效应引起电阻变化、介电效应导致电容变化、压电效应生成电荷、或摩擦电效应诱导电荷转移等。
结构构成上，柔性触觉传感器通常由五层主要功能层构成：
1、敏感层：位于上层，由具备力敏响应的功能材料（如碳纳米管/PDMS 复合物、离子凝胶等）构成，并通过微结构（如仿生微柱、多孔网络）提升响应灵敏度；
2、电极层：采用液态金属、银纳米线、石墨烯等柔性导电材料，构建可拉伸的信号采集网络；
3、基底层：多采用聚酰亚胺（PI）或 Ecoflex 等柔性弹性体，提供整体结构的机械支撑和可恢复形变能力；
4、封装层：如 PDMS 薄膜，用于保护内部电路免受湿度、氧化和污染影响；
5、粘合层：常用硅基压敏胶等材料确保各层间稳固结合与有效应力传递。
这一结构设计使柔性触觉传感器不仅具备高灵敏度和广泛感知范围，还能在动态弯曲、拉伸等恶劣条件下保持稳定输出，是实现高性能电子皮肤系统的核心基础。
02技术路线
当前柔性触觉传感器的研究与应用主要沿着六大技术路线展开，分别为：电阻式、电容式、压电式、摩擦电式、霍尔效应式和光学式传感器。每种类型均基于不同的物理效应构建传感机制，下文将对这六类柔性传感器的关键原理、优势与局限、典型应用进行简要介绍。
（一）压阻式传感器
压阻式传感器利用材料的电阻率随外部压力变化而改变的特性。当压力施加于传感器时，材料内部的微观结构发生形变（如导电通路的压缩或拉伸），导致电阻值发生变化。通过测量电阻变化即可反推压力大小。这种传感机制基于半导体传导的压阻效应，当材料受力变形时，其能带结构或载流子散射特性发生变化，从而改变导电性。
压阻式传感器具有结构简单、成本低等特点，但可能由于材料形变恢复不完全，导致重复性误差，另外温湿度变化易引起电阻漂移，需额外补偿算法。
凭借其结构简单性与较高的灵敏度，压阻式传感器成为当前主流的传感方案。如汉威科技开发的柔性触觉传感器通过纳米纤维/CNTs 复合结构设计，实现了 0.3mm 超薄厚度与 1ms超快响应时间，已应用于机器人灵巧手、智能座舱座椅等场景。
（二）电容式传感器
电容式传感器基于电容器的极板间距或介电常数变化。当压力作用于传感器时，电极之间的距离或介电材料的厚度发生变化，导致电容值改变。通过测量电容变化即可感知压力。
电容式传感器通常由两个平行电极构成，中间夹有绝缘介质层。当受到外力作用时，电极间距发生变化，根据电容公式 C=εA/d，电容值随之改变。电容式传感器的灵敏度通常用ΔC/C0 表示，其中ΔC 是电容变化量，C0 是初始电容值。
电容式传感器具有线性响应、低功耗、灵敏度较高的特点，但对静电干扰敏感，需要额外封装保护。在清华大学三维电子皮肤研究中，电容式传感器被用于感知剪切力和摩擦力，其灵敏度可达-0.52%/°C，温度漂移系数仅为±0.05%/℃，显著优于传统压阻式传感器。
（三）压电式传感器
压电式柔性触觉传感器基于压电效应（Piezoelectric Effect），其原理是某些材料在受到外部力（如压力、弯曲或振动）时，会发生形变，从而产生电荷。
当 PVDF 或 ZnO 等压电材料受到机械应力时，其晶体结构中的偶极矩会发生定向排列，从而在材料表面产生与外力成正比的电荷量（Q=d×F）。这种电荷信号通过叉指电极收集后，经电荷放大器转换为可测量的电压信号。通过测量电信号的变化，传感器可以感知外部压力的大小和变化，从而实现触觉感知。
这类传感器具有高灵敏度、自供电能力（能量转换效率 5-15%）等特点，但存在信号微弱（需电荷放大器）、无法检测静态压力等局限。目前应用主要在医疗、工业、消费等方面，如 Murata 开发的超薄 PVDF 传感器可检测 0.1Pa 的微细脉搏，PCB Piezotronics 的振动传感器用于机床刀具磨损监测。
（四）摩擦电式传感器
摩擦电式柔性触觉传感器基于摩擦电效应（Triboelectric Effect），其原理是两个不同材料在接触和分离时，由于电子的转移产生电荷。这种效应与静电效应类似，当两个物体接触时，电子会从一个物体转移到另一个物体，导致物体表面产生正负电荷。摩擦电传感器利用这一原理，通过监测接触表面电荷的变化来感知外部压力或触摸。
在摩擦电式触觉传感器中，通常使用柔性材料（如聚合物薄膜、导电涂层等）构建传感器结构。当外部压力或触摸作用于传感器时，传感器表面的形变会导致摩擦电效应的变化，从而产生电荷。通过测量电荷的变化，传感器能够感知到压力或触摸的强度，并将其转化为电信号进行进一步处理。
这类传感器的突出特点是完全自供电（无需外部电源），制造相对简单，但存在信号稳定性差（湿度>60%时衰减 50%以上）、灵敏度较低等局限。目前在可穿戴设备中的应用尤为突出，例如智能手套、智能鞋垫等。在电子皮肤研发方面，也有团队取得突破，如中科院王中林团队开发的摩擦电传感器阵列已用于自供电电子皮肤，可实时监测人体关节活动；佐治亚理工学院研发的仿生触觉手指能识别不同表面纹理。
（五）霍尔效应传感器
霍尔效应式柔性触觉传感器基于霍尔效应的原理。霍尔效应是指当电流流过一导电材料并且该材料处于磁场中时，电流流动的方向与磁场的方向垂直，材料的两侧会产生与电流和磁场方向垂直的电压，这种电压被称为霍尔电压。霍尔效应式传感器利用这一特性，通过检测霍尔电压的变化来感知外部力、压力或触摸。
在实际应用中，霍尔效应式传感器通常由三个主要部分构成：导电材料、磁场源和霍尔探测电路。当外界的压力或力作用于传感器时，磁场源和导电材料之间的相对位置发生变化，导致霍尔电压的变化。传感器通过精确测量这种电压变化，从而获得触摸、压力或变形等信息。
这类传感器具有高精度、稳定性强、耐久性等特点，但由于需要配合磁场源使用，存在成本较高、设计复杂等不足，目前主要应用于机器人触觉感知、智能穿戴设备、医疗监测等领域。
（六）光学式传感器
光学式柔性触觉传感器主要通过光的变化来感知外部压力、触摸或变形。其工作原理是利用光的反射、折射或透射等特性。当传感器受到外部压力或触摸时，传感器内的光学元件（如光纤、透明导电薄膜等）发生形变，导致传感器的光信号发生变化。这些变化可以通过光强度、光路径、折射角度或光学传输等参数的变化来进行感知和检测。
光学式传感器常见的结构包括：光纤传感器、光波导传感器、透明电极传感器等。通过将这些光学元件集成到柔性材料中，光学传感器能够适应柔性曲面并实现精确的压力感知。
由于采用光学原理，该类传感器具备高精度和灵敏度、快速响应、高耐久性等特点，但可能受到外部光源、温度变化等环境因素的干扰，成本较高。目前主要应用于高精度触觉感知的场景。
03发展趋势
综合当前的研究与产业进展，柔性触觉传感器未来将沿着以下几个关键方向持续演进。
（一）自愈合与自修复功能
随着对电子皮肤应用要求的不断提高，柔性传感器的自愈合和自修复能力成为了一个研究热点。通过采用具有自修复功能的材料（如自愈合聚合物、纳米复合材料等），柔性传感器可以在损伤后恢复原有性能，显著提高其耐用性和使用寿命。
如韩国首尔大学的 Dae-Hyeong Kim 团队开发了一种高效自愈合电子皮肤系统，其聚合物基底在室温下 1 小时内可恢复 90%以上机械强度，且恢复后的传感性能几乎无衰减。
（二）高度集成与多功能化
随着柔性电子的发展，单一功能的传感器已难以满足智能机器人与人机交互系统的复杂需求。未来电子皮肤将朝着传感、处理、通信、电源一体化的方向演进，实现更强的感知能力和系统自足性。
如斯坦福大学 Zhenan Bao 团队率先实现了多功能电子皮肤阵列，可同时感知压力与温度，具备类神经反应速度与信号编码能力。
（三）无源驱动与自供电
为提升柔性触觉系统的独立性与适应性，自供电技术成为研究与产业重点突破方向。通过整合能量采集机制，柔性电子皮肤正逐步摆脱传统电池依赖，转向压电（PEG）、摩擦电（TENG）、热电、光电、生物电化学等绿色能源方案。
如中科院苏州纳米所开发的柔性多功能自供电传感贴片，结合摩擦电与太阳能光伏技术，在无外部电源条件下支持 24 小时生理监测；加州大学圣地亚哥分校 Joseph Wang 教授团队研制出一种利用汗液中乳酸发电的柔性贴片，结合生物酶燃料电池，可驱动低功耗传感模块。
（四）生物相容性与可降解性
电子皮肤在医学植入、可穿戴监测和人体贴附等领域的扩展，要求传感器具备更好的生物安全性、舒适性和环境友好性，生物相容性与可降解性材料因此成为重点方向。通过引入天然高分子（如明胶、丝素蛋白、聚乳酸）或新型绿色导电材料，研究者正在构建可自然降解且不产生毒副作用的柔性传感器。
如美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）Rogers 团队设计了可在体内生物降解的柔性传感芯片，应用于术后脑压与温度监测，植入一周后即可自然溶解。
柔性触觉传感器正处于快速发展阶段，其技术路径和前沿趋势不断涌现。通过材料创新、结构设计优化以及信号处理与集成技术的提升，柔性触觉传感器的性能将不断提高。同时，高灵敏度与高分辨率、多功能集成、可穿戴与生物兼容性以及自供能与环境适应性等前沿趋势将引领柔性触觉传感器走向更广阔的应用领域，电子展小编认为，其为未来的智能生活和工业发展提供重要的技术支持。
文章来源：第二曲线增长研究中心