一种以生物为灵感的折纸电容机器人电子皮肤，具备多模态感知能力

让机器人更安全的智慧触觉

想象一种机器人，它能感知轻轻一拍，在接触前就察觉到靠近的手，并能够平稳反应而不是猛地停住。该研究介绍了一种新型电子皮肤，像柔性外壳一样包裹在机器表面，使其获得类似生物的触觉与接近感知，同时保持硬件薄、结实且适合实际应用。

为什么机器人需要更好的皮肤

随着机器人走出工厂进入家庭、医院和共享工作空间，它们必须应对与人的近距离接触。传统触觉传感通常依赖密集的小型传感单元网格，这会很快变得复杂、笨重，并且难以在大面积上布线。因此难以用连续、灵敏的表面覆盖整个机器人臂或机体。新工作通过创造一种大面积“电子皮肤”来解决这个问题，该皮肤所需的传感通道远少于传统设计，但仍能定位触点及测量触压强度。

借鉴鱼与纸折的创意

研究团队从鱼皮和折纸中汲取灵感。鱼鳞重叠形成既柔韧又有保护性的表面；折纸图案能让平面展开成复杂的三维结构。团队将这些理念组合成分层结构：上层为柔软弹性体“鳞片”，中间为折纸图案的电路层，下面为支撑柱和剪切传感元件。当某处受压时，折纸框架把变形沿侧向在多个单元间扩散。通过在少数电极处测量极小的电容变化，系统可以推断出比传统设计大得多面积上的触摸位置与力度。

一层薄皮，多个感知

该电子皮肤不仅仅是压力垫。它分离出三种信息：法向压力（垂直按压）、剪切力（横向滑动）和导电物体（如人手）的接近。折纸骨架对按压与滑动有不同响应，使设计者能读出法向力和剪切力且相互干扰最小。顶部的一层薄金属镀膜作为接近传感器，在导电物体接近时检测到电场变化，甚至在接触前就能感知。尽管堆叠了五层功能层，整块皮肤仍只有约9毫米厚，可制成平面或曲面并贴合圆形机器人臂。

通过数据与设计实现更精细的触觉

单靠机械设计无法达到非常精细的触觉分辨率，因此团队借助机器学习。他们通过在不同位置和不同力度下按压皮肤收集了数千个数据点，然后训练神经网络模型，将电容变化模式映射为精确的触点位置和力量。采用这种方法，皮肤实现了“超分辨率”：其定位精度远高于电极间距，平均位置误差仅为几毫米，力的误差仅为几百分之一牛顿。通过巧妙地组合单次触摸测量，他们还将方法扩展到同时识别多个触点，只要这些触点不紧邻在一起。

能感知并避让你的机器人

为展示实际应用，研究人员将多个弯曲的电子皮肤模块安装在机器人臂上。当有人按压臂部时，机器人会沿着推力方向移动或对侧向力做出旋转响应，使控制更直观。当手接近但未接触时，接近层会检测到并能减速或停止机械臂，或以安全距离跟踪手部。该系统还允许机器人绕过导电障碍物，改变路径而不中断任务。综合这些能力，表明配备这样一种既能感触接触又能感知附近事物的皮肤，机器人可以更安全、更自然地与人共享空间。

引用: Xu, Q., Zhang, B., Cheung, Y.K. et al. A bio-inspired origami capacitive robotic e-skin with multimodal sensing capabilities. npj Flex Electron 10, 63 (2026). https://doi.org/10.1038/s41528-026-00563-3

关键词: 电子皮肤, 机器人触觉感知, 折纸结构, 人机交互, 接近传感