随着柔性电子、可穿戴设备、医疗监测和机器人技术的快速发展，对柔性压力传感器的需求不断增加，且性能要求愈发严苛。在众多压力传感器工作机制中，电阻式压力传感器因其高灵敏度、简单结构、稳定信号和易制造而备受青睐。相关研究表明，采用微结构设计（如金字塔、圆柱和圆锥形状）可有效优化传感器性能。自然界中许多生物进化出了高效的压感机制，为传感器设计提供了宝贵灵感。例如，荷叶、玫瑰花瓣、青蛙皮肤和蟑螂触角等表面结构展现出优异的压感能力。然而，现有基于单微结构的传感器往往仅在特定压力范围内表现出优势，难以在宽压力范围内平衡高灵敏度与强压力抗性。

1.仿生结构灵感来源

鲨鱼皮肤的微观脊状鳞片结构和鳄鱼皮肤的宏观多级穹顶结构分别为传感器提供了微米级和毫米级的结构设计灵感。鱼鲨皮肤结构有助于在低压下快速增加摩擦和接触点，提高灵敏度。鳄鱼皮肤结构则有助于均匀分布压力，增强稳定性和抗过载能力。

2.传感器设计与制备

研究团队提出了跨尺度互补复合柔性压力传感器组合策略，开发了三种生物启发式传感器架构：鲨鱼-鲨鱼（S-S）、鳄鱼-鳄鱼（C-C）和鳄鱼-鲨鱼（C-S）。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为柔性基底，石墨烯作为敏感材料，通过微压印技术制造仿生微结构表面。通过实验测试了三种组合模式传感器（S-S、C-C、C-S）的性能，重点评估了灵敏度、工作范围、稳定性和动态响应等关键指标。灵敏度定义为传感器相对电阻变化与所施压力的比值。

1.仿生传感器性能

S-S传感器：利用微尺度脊状鳞片结构，在低压范围（0–2.5 kPa）实现了32 kPa^-1的 exceptional 灵敏度，适用于高精度应用如声学监测。其在低压力下表现出快速的相对电阻变化增加，在0–2.5 kPa的线性范围内灵敏度达到32 kPa^-1，但在5 kPa以上电阻变化趋于饱和。

C-C传感器：采用毫米尺度的多级穹顶结构，在约100 kPa的高压下实现稳定变形和信号输出，适用于步态分析等场景。在0–20 kPa压力范围内，灵敏度为5.86 kPa^-1；在20–30 kPa范围内，灵敏度降至0.90 kPa^-1；在30–100 kPa线性范围内，灵敏度为0.30 kPa^-1。

C-S传感器：通过协同整合两种生物结构，提供了从1 Pa–80 kPa的宽工作范围、高灵敏度（18.2 kPa^-1）、出色稳定性（20 000次循环）和快速动态响应（21/28毫秒响应/恢复时间）。其在0–10 kPa范围内灵敏度为18.20 kPa^-1，在10–40 kPa范围内灵敏度为1.10 kPa^-1，在40–80 kPa范围内灵敏度为0.12 kPa^-1。

2.C-S传感器机制分析

跨尺度互补复合传感器C-S的电阻变化主要源于压力引起的上下石墨烯敏感层间接触面积变化，进而改变石墨烯导电通路数量。C-S器件在不同压力阶段的变形特性可分为三个阶段，对应于鲨鱼皮肤和鳄鱼皮肤启发的层级结构在跨尺度互补复合压力传感器中的三段式线性响应：

（1）低压阶段（0–10 kPa）：鲨鱼皮肤的微脊和鳞片结构首先发生明显弹性变形，形成离散的微点接触，显著提高单位压力下接触电阻变化率，赋予传感器超高初始灵敏度。

（2）中压阶段（10–40 kPa）：随着压力增加，鲨鱼皮肤微结构变形逐渐饱和，接触点开始合并形成接触面。同时，鳄鱼皮肤的多级穹顶结构参与变形，产生新接触点。此阶段呈现出点接触和面接触的协同效应。

（3）高压阶段（40–80 kPa）：鲨鱼皮肤微结构几乎失去变形能力，鳄鱼皮肤的多级穹顶结构主导传感器变形，将接触界面转变为以面接触为主的模式。由于其结构特点，层级穹顶结构能持续变形而不立即饱和，尽管灵敏度