文章导读
柔性传感器在提升灵敏度时往往会削弱机械耐久性，且分步制备导致层间界面结合薄弱，难以承受高负载工况。中国科学技术大学研究团队受皮肤蛋白质交联网络启发，提出一种多材料挤-拉打印策略，通过原位共固化使介电层与电极层形成连续共价互连界面。该传感器界面韧性高达1547 J m⁻²，且具备0–450 kPa的宽线性范围。这种一体化制造路径如何打破灵敏度与可靠性的矛盾，并赋能人形机器人感知？
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近日，中国科学技术大学工程科学学院、人形机器人研究院李木军副教授联合张世武教授、苏州高等研究院潘挺睿教授，提出一种多材料挤-拉打印策略（Feed-draw printing），实现具有高界面韧性和宽线性范围的一体化柔性电容传感器。成果以“Feed-Draw Printing Enables Monolithically Integrated Flexible Sensors with High Interfacial Toughness and Wide Linear Range”为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。
柔性传感器是可穿戴电子和人形机器人感知的核心元件，但如何在提升灵敏度的同时兼顾机械耐久性，一直是制约其广泛应用的关键瓶颈。微结构增强灵敏度往往削弱可靠性，而分步制备的传感层与电极层之间界面结合薄弱，难以承受高负载工况。受人体皮肤层间蛋白质交联网络的启发，研究团队提出准均质材料设计理念，通过挤出-拉伸打印策略将微锥阵列打印与多层原位共固化工艺相结合，使介电层和电极层之间形成连续共价互连界面。制备的传感器界面韧性高达1547 J m⁻2，在20万次循环加载后仍保持信号稳定输出；同时微锥形貌可编程调控，实现0.29 kPa⁻¹的灵敏度，低至1 Pa的检测限和0–450 kPa的宽线性范围。
图1.一体化柔性电容传感器的设计与制造
基于3D打印的一体化制造优势，研究团队将传感器直接打印集成到可穿戴压力监测腕带中，用于运动场景下的实时压力分析，该腕带展现出优异的皮肤贴合性和信号稳定性。此外，传感器还被集成到3D打印磁性软体抓手中，实现抓取感知与滑移检测功能，同时验证了该策略在提升传感层与驱动层界面韧性方面的有效性，展现了其在系统级功能集成中的巨大潜力。
图2.一体化柔性电容传感器性能调控与集成应用
该工作是李木军副教授课题组在功能器件制造方向的最新进展之一。近年来，李木军副教授聚焦仿生人工肌肉和触觉传感等机器人关键基础技术领域，自主研发了多种外场辅助的多材料跨尺度3D打印系统，发展了一系列功能器件的增材制造方法，包括液晶弹性体旋转打印（Nature Communications, 2026）、热固性软材料打印（Nature Communications, 2023）、铁磁液晶弹性体3D打印（Advanced Materials, 2023），以及复合冷场打印（ACS Nano, 2025）等。在此基础上研发了一系列性能优异的功能器件，包括可寻址可感知的磁软体机器人（Nature Communications, 2025）、多孔磁性软体抓手（Advanced Materials, 2024）、仿生多模态磁软体驱动器（Advanced Functional Materials, 2024），以及磁控超表面（Device，2025）等。
中国科学技术大学精密机械与精密仪器系博士生李幸响为该文的第一作者，李木军副教授、张世武教授、潘挺睿教授为共同通讯作者。以上工作得到了安徽省科技攻坚计划重大项目、人形机器人研究院重点项目、中国科大双一流研究计划基金等项目支持。部分实验获得了中国科大微纳研究与制造中心、理化科学实验中心等平台支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.74018
（工程科学学院、人形机器人研究院、科研部）
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