在当代智能制造、生物医学与人机交互深度融合的背景下，柔性传感器正成为下一代智能系统的关键技术支撑。从皮肤仿生触觉系统到智能健康监测，再到植入式治疗设备，高性能传感器正在向柔性化、微结构化、智能化发展。

为追求灵敏度、响应速度与稳定性，微型传感器的设计与构建往往面临“材料性能-结构强度-功能表现”之间的多重折中。随着柔性电子与软体机器系统的兴起，传感器的多层复合结构与复杂界面成为性能提升的瓶颈所在。微纳3D打印技术的引入，为传感器在设计自由度、精度调控、材料集成和功能构建方面带来突破，在构建高灵敏、高频响、生物兼容及可植入传感系统中的发挥了关键作用。

科研应用案例一：南方科技大学郭传飞课题组精准制造超细微柱，赋能界面增韧+高灵敏感知双效提升

柔性触觉传感器是构建智能机器人、可穿戴设备与人机交互系统的关键基础器件。面对高剪切应力、大变形等复杂工况，多层柔性传感器器件常面临界面脱层、信号不稳定等技术瓶颈。为实现“既牢固又灵敏”的性能兼顾，南方科技大学郭传飞教授团队以人造皮肤传感为出发点，提出了通过微纳结构界面增强器件机械强度与信号响应性能的设计思想。研究团队利用一种超强韧性的超支化聚氨酯（HPU）材料，通过微纳3D打印技术构建出垂直排列的微柱阵列界面。与传统界面增强方法相比，该微柱结构不仅显著提高了界面韧性（可达5095 J/m2），还因其在微尺度下避免裂纹扩展，使得整个传感器具备优异的压力灵敏度与动态响应能力（可响应7 kHz以上的高频压力刺激）。

图.微柱结构界面的粘接性能。

为精准制造微米级微柱结构，研究团队采用摩方精密microArch? S230 (精度：2 μm) 3D打印设备，高效打印出多个尺寸等级的微柱模具，并用于构建HPU微柱阵列粘接界面。该成果为柔性传感器的发展开辟了一条可行性路径：利用微纳3D打印构建微结构力学界面，使其既具韧性，又具传感功能，有效实现“结构-功能一体化”的多层柔性系统。

 原文链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2025.102221

科研应用案例二：理论突破，从有限元模拟到微观接触力学的建模设计

近几十年来，具有高灵敏度的电容式压力传感器 （CPS） 在医疗监测、人工智能和软机器人等应用中具有较大潜力。提高灵敏度主要集中在材料设计和结构优化上，褶皱、金字塔和微柱等表面微观结构被证明是有效的。

来自中国科学技术大学的团队，本文以正弦波曲面为代表模型，通过接触力学分析阐明了灵敏度增强的内在机制, 并通过有限元和实验验证了理论结果。经研究表明, 通过优化材料属性(如杨氏模量和相对介电常数)， 调整表面粗糙度和衬底厚度，可显著提高传感器灵敏度。当幅值-波长比值约为0.2时，传感器灵敏度达到最高水平。这些结果为设计超灵敏CPS提供了关键指导, 强调了介质-空气间隙相互作用在提高灵敏度方面的作用，为超灵敏电容压力传感器的未来设计提供了有价值的指导。为了制备出正弦波结构的介电层，研究团队利用正弦波结构模型3D打印出树脂结构作为模具，并使用到摩方精密微纳3D打印系统：S130（光学精度：2微米），从而更好地揭示表面微结构的几何参数（如波幅与波长比H/λ）对压力灵敏度的直接影响。

而该理论框架，不仅为后续传感器结构设计提供了定量优化依据，也进一步凸显微纳3D打印在可控制造复杂微结构方面的重要性，能够在亚微米甚至纳米尺度上精准构建具有设定弹性模量与电性能的微结构，实现设计—制造—性能的闭环优化。

图(a)波浪形微结构压力传感器的制作工艺；(b)微结构图像，总厚度为970μm，峰谷高度为74μm，波长为200μm

论文链接：https://doi.org/10.1007/s10409-024-24619-x

科研应用案例三：受皮肤感知器官启发的新型3D打印自修复，非触觉与触觉多功能柔性传感器

随着智能穿戴设备和人机交互技术的快速发展，柔性传感器展现出了巨大的发展前景。然而，制备具有多种功能的柔性传感器仍然是一个相当大的挑战。来自广西大学的科研团队，成功开发了一种新型3D打印多功能柔性传感器（3DMFS），实现了微压感应、动态接近感知、内在自愈等多种功能的集成。该传感器利用多级仿生结构的介电层设计和双电层效应（EDL）的结合，实现了2.449 kPa-1（＜0.5 kPa）的高灵敏度，58 ms的快速响应时间，0.5 Pa的最低检测限，以及0.1%的超高压力分辨率。并且传感器在完全受损后，依靠自身的自修复能力仍能恢复原始灵敏度的95%。

研究团队受此设计了一种具有表面凸起的两级间歇结构，与传统的微柱、半球、金字塔等均质结构不同，这种分级结构的设计，通过让第二级结构分担部分压力，使得整体的结构变形不会迅速饱和，并且保护一级结构在高压下免受损坏。传感器的自愈合性能通过使用具有本征自修复特性的材料实现，其整体采用经典的三明治形式封装。实验所用仿生间歇结构介电层，是利用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）3D打印技术(microArch S230，精度：2 μm)制备而成。

图.器件结构设计与制备策略

该研究利用传感器的多功能传感特性，证明了该传感器在智能假肢，智能可穿戴等领域的应用潜力。未来，该研究团队还将致力于将触觉传感信息与机器学习相结合，实现对不同材料种类和表面形状类型的准确感知，应用到具身智能领域（比如仿生、类人机器人）中。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.coco.2025.102287

传感器作为连接现实世界与数字系统的“触角”，其性能直接决定了智能系统的感知边界。微纳3D打印技术在制造精度方面的优势、结构设计自由度和材料兼容性，在柔性、智能、生物可融合传感器领域发挥出颠覆性作用。随着更多基础材料科学与制造技术的融合，微纳3D打印将在构建新一代多维传感体系中扮演不可或缺的角色，助力从感知技术到智能系统的全面跃迁。