近日，厦门大学电子科学与技术学院陈忠教授、廖新勤副教授联合新加坡南洋理工大学郑元谨教授、北京科技大学廖庆亮教授团队在国际知名期刊《Nature Communications》上发表题为《A hyperconformal dual-modal metaskin for well-defined and high-precision contextual interactions》的研究论文。团队受人类体感系统启发，提出了一种超保形双模态“Metaskin”（超肤）策略，通过在单通道内利用信号极性差异解耦了本体感受（应变）与触觉（接触），成功在电子皮肤中复现了类似于人类的“上下文”交互感知能力。

  人机交互是连接数字世界与物理世界的桥梁。然而，现有的可穿戴电子设备往往受限于体积庞大或刚性结构，难以实现真正的无感佩戴。更关键的挑战在于，肢体运动产生的巨大应变信号往往会淹没微弱的触觉信号，这种机械串扰导致传统传感器难以像人类皮肤一样，在运动的同时精准感知外部接触，无法理解动作背后的上下文意图。所谓“上下文”，通俗理解就是决定动作具体含义的语境或前置条件：就像同一个单词在不同的句子中代表完全不同的意思。类比而言，单独的触碰信号如果没有肢体姿态等背景信息作为辅助，机器就无法判断用户此刻真正的操作目的。而能够将上下文信息和指令信息同时融入在自然的人体运动中，机器就能够获得更加智能的人类意图理解。

  本研究从人类体感系统的神经机制中获得灵感：即本体感受（感知肢体位置）与外感受（感知触觉）虽然通过不同神经通路传输，但在大脑中进行时空整合以形成情境意识。廖新勤团队利用超薄亲水性聚氨酯薄膜与水基银纳米复合材料构建了厚度仅为10微米的HDM Metaskin。该器件不仅能紧密贴附皮肤纹理（~10微米），更创新性地利用“应变致电阻升高”与“接触致电阻降低”的相反信号极性，在物理层面实现了双模态信号的解耦与重构。

图1. 类似于人类感知功能的HDM metaskin：融合本体感受与触觉，通过超薄结构实现无感佩戴与信号解耦。

  研究团队开发了一种无应变转印策略，利用不同界面的表面能差异，将预先打印好的银纳米复合导电网络无损地转移至皮肤表面。这种超保形界面极大降低了接触热阻与机械阻抗，使得Metaskin在经历反复摩擦（2N, 30m）、高湿（90% RH）及温度变化（25-60°C）等恶劣环境下仍能保持优异的电学稳定性。

图2. 超保形界面的构建与单通道双模态信号的物理定义：利用相反的电阻变化趋势区分拉伸与触摸。

  尤为重要的是，此项技术通过时域差分算法与机器学习网络的结合，赋予了电子皮肤“理解上下文”的能力。研究展示了其在多个复杂场景中的应用：在六足机器人控制中，手腕的弯曲状态定义了机器人的行动模式（上下文），而手指的触控则精确导航方向（指令）；在空气击鼓演示中，握持姿态决定了乐器种类，挥动动作触发鼓声。此外，团队还开发了“Bi-code”双指输入法，仅凭微小的指尖动作即可实现全键盘盲打。

图3. 基于Metaskin的上下文交互应用：机器人自适应导航、Bi-code无感打字。

  廖新勤团队主要探索电子皮肤在人机交互及具身智能领域的科学理论与应用前景。论文第一作者为厦门大学博士生于世凡，工作得到了陈忠教授、郑元谨教授、廖庆亮教授、郭自泉高级工程师的大力指导，厦门大学为第一通讯单位。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65624-z

  下载：论文原文。