本研究由曹毅教授(南京大学物理系)和王伟教授(南京大学物理系)领导。他们提出了一种名为“SHARK”的单层水凝胶人造皮肤，它结合了高拉伸性、自愈性和超灵敏的机械传感。
水凝胶已经成为一种很有前途的材料，可以用来制造类似皮肤的机械传感器。基于水凝胶的人造皮肤的常见设计需要在两个水凝胶层之间夹一层介电介质来进行电容传感。然而，这种平面结构限制了其灵敏度、延展性和自愈性。水凝胶和弹性体层的不匹配的力学性能往往会导致在多次应变循环下的分层。实现水凝胶与弹性体层的同时自修复，充分恢复水凝胶人工皮肤的功能几乎是不可能的。尽管取得了重大进展，但实现高度可伸缩且可自愈的水凝胶机械传感器需要新的设计理念。
在这项工作中，该团队报告了第一种单层复合水凝胶的设计，使用体积电容结作为机械传感器。他们设计了介电多肽涂层石墨烯(PCG)，使其在水凝胶中作为均匀分散的电双层。整个系统可以看作是一个由多个微电容器串并联而成的大块电容器结。因此，与平面型水凝胶传感器相比，SHARK具有更大的等效双电层面积，因此具有更高的灵敏度。任何影响水凝胶中PCG微观分布的机械运动都能显著改变水凝胶的总电容。“微电容器分散在SHARK的凝胶基质中，形成分布式但相互连接的机械传感器，类似于人类的皮肤。”Yi说。
SHARK的机械和电气性能也值得推荐。由于水凝胶网络和石墨烯之间强大而动态的界面相互作用，水凝胶人造皮肤可以被拉伸到原来长度的77倍，并在不到一分钟的时间内完全自愈其机械和电气性能。它们具有高灵敏度，应变传感的测量因子为1.39，可以有效地感知空气和水环境中的应变和压力。此外，它们具有可重塑性和可打印性，便于构建基于SHARK的传感器芯片。
考虑到SHARK的机械、电气和自修复性能的改善，研究人员预计这种新型电容式水凝胶传感器可以在下一代柔性离子电子学中有广泛的应用。
