近日，国际知名顶刊《Science Advances》上演了一场令人瞩目的“中国时刻”—— 同一天内，5篇来自中国科研团队的柔性电子领域重磅研究集中登刊，其中1篇更直接拿下当期封面！放眼全球科研圈，如此高密度、高含金量的成果爆发，实属罕见。
作为一门新兴交叉科学与技术，柔性电子凭“轻薄柔透”的核心特性，在航空航天、公共安全、国防军工、健康医疗等国计民生关键领域展现出广阔的应用前景，并为培育新质生产力提供了重要技术支撑。特别是在未来信息芯片、高端智能装备、新型电子器件等战略方向，该技术有望催生突破性创新，开拓全新的产业空间。预计到2028年，中国制造的柔性电子在泛物联网领域的应用规模将突破3000万美元，预计占未来10—15年柔性电子整体市场的40%份额，将逐步发展为国家战略性新兴产业的重要支柱，在未来产业格局中占据主导地位。
下面为大家具体呈现这 5 篇同一日登上《Science Advances》顶刊的中国团队重磅研究。
▍清华大学团队在磁驱动柔性电池集成机器人上取得新进展
近日，清华大学深圳国际研究生院智能感知与机器人（Smart Sensing and Robotics, SSR）课题组提出了一种磁驱动柔性电池集成机器人。该机器人集成的抗形变柔性电池，在机器人固有磁场增强下表现出优异性能，在200次循环后的容量保持率具有57.3%。这种柔顺电池可在机器人本体上实现44.9%的大面积部署，并通过与合理设计的柔性混合电路进行垂直集成，在保持可变形性的同时将额外刚度降至最低。
这种执行器–电池–传感器的柔性垂直集成方法最大化了功能区域的利用率，并在仿鳐鱼软体机器人中得以实现，从而构建了一个具备感知、通信和稳定供能能力的无束缚平台。该系统在水下环境中展示了具身智能，包括扰动修正、避障和温度监测等多样化功能，并通过本体感知与环境感知实现了磁驱动运动过程中的实时决策。
该工作通过在磁驱动软体机器人上进行柔性电池和电路的垂直集成，探讨了机器人内磁场对离子电池的影响，并展示了机器水面运动的温度监测和扰动修正等实时感知与决策功能。该工作为构建具备自主环境探索能力的小型机器人提供了新思路，有助于增强机器人在复杂环境中的适应性。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz0718
▍上海科技大学团队实现柔性生物电子赋予机器人“触感”
9月10日，上海科技大学生物医学工程学院于游课题组和合作者在《科学进展》（Science Advances）上发表标题为“Printed sensing human-machine interface with individualized adaptive machine learning”的研究论文，报道了一种3D打印技术制备的多模态传感柔性生物电子，结合个体间自适应的机器学习算法，打通了从控制、手势识别到机器人触觉感知反馈的交互路径，并且进一步在智能假肢方面展现出巨大的应用潜力。
团队结合多材料墨水直写与精密激光加工技术，实现了柔性电子与软体机器手传感器阵列的一体化、低成本、大规模制造。该工艺能够以微米级精度打印包含压力、温度、电导率等多模态传感器的高度集成化柔性器件。集成了柔性传感阵列的气动软体手受人体肌电信号（EMG）控制，可根据不同意图执行对应动作，具备多模态传感能力的机器手可以区分触碰到的物体材质，并经由电子皮肤反馈给人体相关信息。针对生理电信号个体差异性问题，团队设计了一种通道线性映射方法（LMN）结合迁移学习策略的自适应机器学习算法。该算法能够在新用户身上实现“少样本迅速适应”，仅需数次动作校准即可完成模型的个性化适配，在14种复杂手势的识别任务中，平均准确率高达98%以上，且系统延迟低至0.1秒。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw3725
▍中国科大团队仿“蝉肋骨”造出高性能声学换能器
近期，中国科大苏州高等研究院仿生界面材料科学全国重点实验室程群峰教授课题组与中国科学院理化技术研究所李明珠研究员课题组合作在仿生限域组装及声学换能器应用研究领域取得重要突破，相关研究成果于9月10日以“Cicada rib-inspired tough films through nanoconfined crystallization for use in acoustic transducers”为题发表在国际期刊《Science Advances》上。
传统聚合物、金属及陶瓷声学换能器所用薄膜材料往往难以同时具备高强度、高韧性和优良的抗疲劳性能，这一局限性严重制约了声学换能器在高灵敏度响应和长期稳定性方面的表现。因此，开发综合性能优异、适用于高性能声学换能器的薄膜材料，仍是当前面临的重要技术挑战。针对该问题，本研究解析了蝉发声器官——蝉肋骨膜的结构与性能关系，并据此仿生制备出可用于声学换能器的高性能仿生薄膜。研究发现，蝉肋骨膜中软弹性蛋白层与硬几丁质层交替排列的结构是其优异力学性能的关键：硬质层有效承担机械负荷，软质层则通过大变形能力延缓裂纹扩展。
基于这一机理，研究团队采用层层交替旋涂限域构筑与界面交联策略，成功制备出具有仿生软硬交替结构的全有机复合薄膜。在限域条件下，聚合物分子链之间的缠结作用显著增强，使该仿生薄膜同时具备高拉伸强度、韧性和耐疲劳性能。这些特性使其能够兼顾高效声能输出与长期稳定的声传播性能，其基本共振频率和振幅均优于现有商业化薄膜。该研究为设计高性能声学换能器提供了全新的思路。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx9248
▍清华团队报道拉伸屈曲驱动的三维网状材料与电子器件组装方法
近日，清华大学航天航空学院、柔性电子技术国家级重点实验室张一慧课题组提出一种拉伸屈曲驱动的三维网状材料组装方法，为三维网状材料与高性能电子器件的集成提供了创新性解决方案。
生物组织如血管、皮肤等，常由波浪状胶原纤维交织而成。受此启发研发的人工网状材料具有仿生力学性能（如高可拉伸性、非线性力学特性等），因而在组织支架、柔性电子等领域受到广泛关注。相比二维网状材料，三维网状材料力学设计自由度更高、各向异性性能更优，但将单晶硅等高性能无机电子材料集成到三维网状结构中面临工艺限制，模板法、3D打印等方法均难以实现，制约了三维网状电子器件发展。
为此，张一慧课题组提出一种拉伸屈曲驱动的三维组装方法，该方法适用材料广泛，可兼容单晶硅等高性能无机电子材料，为三维网状材料与高性能电子器件集成提供了创新性解决方案。课题组提出了一种数据驱动的拓扑优化方法，优化了平面多层结构的面外变形能力，显著提升了组装效率。该方法制造的三维网状材料具有高度可调的仿生力学性能，能够模拟猪胸主动脉等生物组织的拉伸特性。课题组还基于该方法开发了体三维显示器件，该器件可动态显示三维图案，并能通过改变构型调整显示空间分辨率，实现图案的重构。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz0718
▍西安交通大学团队在心血管疾病监测领域取得变革性技术突破
中国工程院院士、西安交通大学机械工程学院蒋庄德教授，仪器科学与技术学院赵立波团队和西安交通大学第一附属医院吕毅、吴荣谦教授团队等联合研发了一种皮肤自适应聚焦柔性微加工超声换能器阵列，可共形贴附于人体皮肤表面实现血压、心率、血管刚度等血流多参数的非侵入实时、连续检测，为心血管疾病的日常监测与早期预警提供了新技术、新希望。
该研究提出了一种皮肤自适应聚焦超声（Skin-Adaptive Focused Ultrasound, SAFU）血流多参数测量方法，利用全阵元同相位激励超声和皮肤固有的曲率特性实现阵列发射超声波束的聚焦，形成“橄榄球状”声束，并基于皮肤曲率与皮下血管深度和尺寸的内在关系实现聚焦声束自适应调节。
通过合理的阵列结构参数设计，所研发超声阵列的聚焦声束深度和宽度范围（波束宽度为2.1—4.6 mm，穿透深度为3.3—53 mm）可随皮肤表面曲率变化，有效覆盖指端动脉、桡动脉、肱动脉和颈动脉等人体典型动脉血管区域，实现高精度、高信噪比、宽深度范围血流参数检测。该SAFU技术可以大幅简化相控阵检测技术面临的换能器结构与控制电路系统的复杂性，提高可靠性；相对单阵元检测方法声压提高10.8倍、信噪比提高19.5dB，兼顾了结构和性能优势，为基于超声飞行时间法的生理参数检测应用提供了理想途径。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw7632