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传统的压阻式力传感器在穿戴状态下受到拉伸或弯曲时，电阻会额外增加，这种变化和受力产生的信号混在一起，很难区分，特别是在关节弯曲或皮肤拉伸的情况下，测量结果就不可靠了。2026年7月23日，中山大学深圳校区生物医学工程学院陈柏竹副教授课题组在《Nature Communications》上在线发表了一项研究，论文标题为“A programmable living force sensor fabricated with surface engineered microbial network”。 该团队利用基因工程改造大肠杆菌，使其表面展示两种不同的粘附蛋白对，并通过细菌自组装形成三维导电网络，以此作为传感器的敏感层，封装于弹性管中制成活体力传感器，实现了可编程的测力范围、快速自恢复和优异的拉伸不敏感特性。
研究团队构建了两种粘附系统，一种使用抗原和抗体的非共价作用（他们命名为Ag-Nb），另一种使用SpyCatcher和SpyTag之间的共价键（命名为SC-ST）。他们测量了这两种细菌组装体的流变学性质，发现SC-ST组装体的储能模量比没有粘附蛋白的对照菌株高出大约3倍，而Ag-Nb组装体的聚集速度要快，它的解离常数是4.63 CFU/L，SC-ST的则是3.41 CFU/L。原子力显微镜的测力结果也显示，SC-ST细菌之间的平均粘附力达到了92 nN，而Ag-Nb之间只有73 nN。这些物理差异直接影响了传感性能，Ag-Nb网络对压力变化的响应更迅速，SC-ST网络则更加牢固。他们把两种网络按4:1、1:1、1:4等不同比例混合，发现传感器的灵敏度和可测力的上限都可以连续调节，测力范围从几牛顿一直延伸到数千牛顿，实现了可编程的设计目标。
在自恢复性能的测试中，他们施加很大的压力让传感器内部的导电网络完全断裂，然后观察恢复过程。用荧光显微镜标记了带绿色荧光蛋白的Ag细菌和带红色荧光蛋白的Nb细菌，可以清楚看到断裂处的细菌在撤去外力之后很快就重新聚集到一起，荧光信号重新连成一片。记录电流变化后发现，Ag-Nb组装体在39毫秒内就恢复了99%的初始电阻，而SC-ST组装体恢复到99%需要195秒，不过它恢复到90%只需要90毫秒，这说明两种体系的恢复速度差别很大。有限元模拟揭示了恢复的机制，软的硅胶管在卸载后会把断裂的两侧细菌挤回接触，同时细菌表面的粘附蛋白重新形成连接，导电通路就重建了。他们做了10次循环按压，Ag-Nb传感器每次都能迅速回到原来的电流值，SC-ST的恢复电流则一次比一次低一点。研究团队把传感器贴在沙袋表面，还设计了一个电流放大电路，成功记录到了拳击手套击打时的波形，表明这种传感器在反复冲击下依然能正常工作。
对于拉伸时信号干扰的问题，他们把细菌网络封装在高弹性的乳胶管里进行拉伸实验。SC-ST组装体在拉伸到原长8倍的时候，电阻只增加了大约30%，而且在0.2赫兹、0.5赫兹和1赫兹三种不同拉伸频率下，电阻变化都很平稳。有限元分析显示，拉伸过程中细菌主要发生旋转和重新取向，粘附连接没有直接断裂，所以网络保持了完整性。Ag-Nb组装体拉伸超过3倍之后电阻就开始明显上升，说明它的拉伸耐受性不如SC-ST。他们把传感器安装到肘关节和腕关节上，SC-ST传感器在关节弯曲到150度时电阻变化几乎为零，这就消除了运动带来的假信号。利用这个特点，他们做了一副智能手套，指尖位置使用Ag-Nb组装体来保证对力的高敏感度，指关节位置使用SC-ST组装体来避免弯曲干扰，戴上手套抓握不同硬度的香蕉时，传感器能够准确区分未熟的、中等熟的和软熟的香蕉，手部弯曲不会造成误判。在电子皮肤的应用中，这种活体传感器在遭受拳击冲击后能够自行恢复，并且在弯曲和伸直两种状态下输出的电信号几乎一致，为可穿戴设备提供了一种既结实又信噪比高的传感方案。
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