表皮电极是一种典型的表皮电子器件,可广泛应用于可穿戴电子、健康监测、人机交互等领域。目前在电极结构设计和大面积制造工艺开发上仍存在一定的技术壁垒。本文研究电极机电性能耦合优化设计与制造转印工艺,得到超薄且具有大变形能力的表皮电极阵列,基于交互算法实现人机闭环控制应用。主要工作如下:基于蜿蜒蛇形结构拉伸变形能力力学模型,通过理论和实验相结合的方法,研究了电极厚度、线宽、弯曲弧度和臂长对结构拉伸能力和共形接触能力的影响。建立了电极机电性能耦合优化模型,得到电极的几何结构参数设计值。并结合有限元仿真和实验验证了电极拉伸性能>30%,与皮肤共形接触,且输出电学性能高。提出了基于水转印技术的新一代“复制—粘贴”电极制造转印工艺,解决了传统光刻技术存在的成本高、制造面积小、效率低等问题。相较于上一代,改良后的工艺将制造面积扩大至297mm?420mm(A3纸大小)、器件厚度降至1.2?m、贴附寿命高于24小时。建立电生理信号采集与神经电刺激理论模型,提出基于经验模态分解的小波阈值方法消除肌电信号中的随机噪声,将信噪比提升一倍。从仿真和实验层面研究了不同电刺激参数对触觉反馈的影响,得到高识别率、低痛感的电刺激方案。探究了超薄表皮电极阵列贴片在人机交互中的应用。与传统电极和较厚表皮电极相比,超薄表皮电极在采集信号时稳定性最高,将其用作人机交互接口,实现了人对机械手的高精度(识别率>95%)闭环控制。