柔性触觉压力传感器是一类具备柔性特性，能够感知外界压力并将其转换为可测量物理信号的器件。该类传感器具备高耐用性和形状可定制化的特点，能够提供更灵活、轻便且适应性更强的触觉交互体验，因此在可穿戴设备、电子皮肤（E-skin）及医疗设备等领域展现出广泛的应用前景。

据麦姆斯咨询报道，针对该领域研究，北京信息科技大学高国伟研究员团队在《传感器世界》期刊上发表了题为“柔性触觉压力传感器的研究进展”的综述文章，系统阐述了压阻式、电容式和压电式柔性触觉压力传感器的工作原理，分析了敏感单元、电路系统以及网络终端信号处理三大核心组成部分的发展现状，全面总结了柔性触觉压力传感器在多领域的应用进展，并对其未来发展方向进行了展望。

柔性触觉压力传感器概述

根据传感机理的不同，柔性触觉压力传感器可分为压阻式、电容式和压电式三类，其核心区别在于将触觉压力转换为可测物理量的方式。压阻式和电容式传感器均通过外力引起敏感元件形变，进而改变其电阻或电容值来实现信号转换；而压电式传感器则基于压电效应，在受压时表面产生电荷，通过检测电荷实现压力感知。压电式传感器因具备低功耗和自供电等优势，成为当前柔性触觉压力传感器发展的重要方向。

图1 压电式传感器工作原理

柔性触觉传感器主要由敏感单元、电路单元和处理单元构成，分别负责信息感知、信号传输与数据处理。随着仿生学与人工智能的融合发展，柔性触觉传感器未来将整体趋向于模仿生物皮肤的触觉感知、传输与处理机制，压力传感器作为其关键组成部分亦不例外。目前，柔性触觉压力传感器在网络终端信号处理方面已有较为成熟的研究，传感器网络结构研究也取得多项进展。然而，如何降低柔性触觉压力传感器的敏感元信息在电路系统中的损耗，以及如何高效采集敏感元信息，仍是当前面临的主要技术瓶颈。

柔性触觉压力传感器的敏感单元

柔性触觉压力传感器的敏感单元通常由敏感元件及其封装结构组成，其功能为感知物理、化学或生物信息，并将其转换为电信号。传统敏感单元结构规模较大、功能较为单一。随着MEMS工艺的发展，敏感单元正朝着微型化、多功能集成化的方向演进，成为当前发展的主流。

图2 柔性触觉压电式敏感单元结构

柔性触觉压力传感器的电路系统

柔性触觉压力传感器的电路系统主要包括接口电路和传输电路两部分。当前，柔性触觉压力传感器常以阵列形式组成传感网络，敏感单元按需进行不同形式的空间排布。接口电路设计存在多种常见形式，而传输电路的研究大多仍基于传统压力传感器的电路改进。部分学者尝试引入通信等领域的技术，以降低传输电路的复杂度和成本。

图3 柔性触觉压力传感器阵列—行列扫描采集信号的方法

柔性触觉压力传感器的网络终端信号处理

图4 仿生假肢的传感器模型及测试（利用深度卷积神经网络进行训练）

柔性触觉压力传感器的应用

传统可穿戴设备多采用刚性传感器，难以贴合人体曲面，影响佩戴舒适度与数据准确性。柔性触觉压力传感器的应用为该领域带来新的发展机遇。例如，基于柔性触觉压力传感器的可穿戴设备可用于健康监测、人机交互、运动监测等领域，为用户提供更加真实的触觉反馈和交互体验。

图5 柔性触觉压力传感器在运动检测的应用

除了可穿戴式设备，仿生机器人也在日益发展，目前电脑键盘、鼠标触控等初始的交互系统已难以满足人类对于人机交互的需求，具有更多感知能力的仿生机器人成为未来人机交互的发展趋势。电子皮肤作为其关键组成部分，依托于柔性触觉传感器，赋予机器人多维度感知能力，成为人机交互领域的重要发展方向。

图6 电子皮肤的材料制作图

在医疗领域，柔性传感器在脑机接口（BCI）方面的研究已持续四十余年，主要用于恢复受损的听觉、视觉和运动功能。脑机接口的核心机制为大脑皮层的可塑性，使患者能够通过接口控制假肢并接收反馈，形成双向信息交互系统。

图7 脑机接口技术示意图

未来展望

柔性触觉压力传感器以其优异的柔性和适应性，在可穿戴设备、电子皮肤与医疗领域中显示出巨大的应用潜力。当前，敏感单元结构与信号处理算法已取得显著进展，但其在电路系统的传输电路方面仍面临严峻挑战。随着仿生学与神经形态传感概念的发展，研究者致力于将传感器与生物感知机制深度融合，致力于降低传输损耗与空间复杂度，提升信号处理效率。预计在不久的将来，以柔性触觉压力传感器为主导的可穿戴式设备、电子皮肤和医疗设备将广泛应用于日常生活，为人类带来更多便利。

论文信息：

DOI: 10.16204/j.sw.issn.1006-883X.2025.04.001