皮肤形态计算的核心思想，是把生物皮肤"感受器即处理器"的结构映射到人工器件上。论文以人体触觉信息处理为类比：默克尔盘将压力的空间特征（边缘、纹理）直接编码为生物电信号，随后才送入上层神经通路；对应到人工系统，便是让电容压力阵列在感应的同时，借助交叉阵列完成矩阵变换，使整幅压力图案被"一次性"读出并加工，而非逐像素串行扫描。其并行性来自频分复用（frequency division multiplexing, FDM）机制——在阵列各行施加含多个频率分量的连续时间正弦电压，各列输出的多频电流幅值共同构成对压力图案的频域表示，从而把空间压力分布直接映射为可计算的特征谱。
图1｜大规模并行传感-计算概念。以人体触觉信息处理（神经元/默克尔盘）为类比，提出频分复用下的传感-计算一体框架：电容阵列在感应的同时经交叉阵列完成矩阵变换，使整幅压力图案被并行读出与加工。
并行计算的前提是传感阵列本身具备可大规模扩展的均匀性与长期可靠性。论文制备了 32×32（共 1024 个单元）的柔性电容压力传感阵列，敏感结构采用 PDMS 柱状微结构以放大受压下的电容变化。大规模阵列最棘手的并非单个器件性能，而是 1024 个单元之间响应的一致性——偏差过大会使后续矩阵变换引入难以校正的系统误差。作者通过统计表征验证了阵列的均匀性，并测试了长期循环加载下的耐久性，表明该阵列在反复受压后可维持稳定的响应，满足"传感内计算"对硬件长期一致性的基本要求。均匀且耐久的阵列，是把算法层面的并行映射为稳定物理输出的物质基础。
图2｜柔性电容阵列结构与均匀性。（A）PDMS 柱状微结构电容单元示意；（B）1024 个器件的响应均匀性表征；（C）循环加载下的耐久性与稳定性结果，表明阵列具备大规模并行计算的硬件基础。
为直观展示"传感内并行计算"的能力，论文以字母"NJU"的破损压力图案为演示对象：将不完整的压力分布加载于阵列，利用级联的忆阻交叉阵列对电容变化矩阵进行处理，在传感器内直接完成图案的并行感知与复原。这一演示的意义在于，复原操作并非在外部处理器上逐点求解，而是借助交叉阵列的固有矩阵运算能力"就地"完成——输入是破损图案，输出已是复原后的完整形态。该过程凸显了传感内计算相对于串行链路的效率优势：整幅图案的读取与加工在一次操作中同步结束，避免了海量像素数据向外部回流的带宽开销。
图3｜破损 NJU 图案并行复原硬件演示。将破损的"NJU"压力图案加载于 32×32 阵列，经级联忆阻交叉阵列在传感器内并行完成感知与复原，验证了传感-计算一体的硬件可行性。
在更复杂的任务中，论文将电容阵列与两个 1T1R 忆阻交叉阵列相连，使加载的复杂压力图案的纹理特征也能被并行提取。纹理（边缘、周期、方向等）是触觉识别的关键线索，而其本质是压力分布的空间频率成分。借助频分复用产出的频域谱，系统可在一次读出中同时获得多通道特征，再经忆阻阵列的权重变换实现特征识别。作者展示了该架构对复杂纹理图案的识别能力，表明传感内并行计算不仅能复原图案，更能直接产出可供决策的高层特征，从而把"感知"推进到"理解"的门槛之前。
图4｜复杂图案纹理特征并行提取。电容阵列级联两个 1T1R 忆阻交叉阵列，借助频域谱在传感器内并行提取复杂压力图案的纹理特征，并演示相应识别能力。
传感内并行计算对系统层级的收益，集中体现在带宽、延迟与功耗三个维度。传统串行链路中，阵列规模扩大带来的首要瓶颈是数据回流：1024 乃至更多像素需逐点或逐行经模数转换、总线传输至上位机，再由其完成特征提取，过程中大量冗余原始数据被反复搬运，既挤占带宽又抬高功耗。本文架构把矩阵变换与特征提取下沉到传感器内，使上位机接收的已是压缩后的高层特征，而非原始电容矩阵；频域读出进一步以"一次激励、全阵列响应"替代"逐像素扫描"，在读取步骤即完成空间并行。这一数据量的下降直接降低了总线负载与对应功耗，对依赖电池供能的穿戴式与机器人末端触觉尤为关键，也显著降低了大规模阵列在工程落地时的系统复杂度与实时性门槛。相较单纯追求单像素灵敏度，传感-计算耦合从系统层面重塑了触觉感知的性价比边界。
并行读出的物理基础可用电容定律描述：当阵列各行施加连续时间电压 u(t) 时，第 j 列输出的电流 i 正比于单元电容 C 对电压的时间导数。由于 u(t) 由多个频率分量叠加而成，列输出电流中不同频率成分的幅值即编码了对应行、列上压力引起的电容变化，整幅压力图案的电容变化矩阵 ΔCmn 因此被一次性映射为频域表示，并经权重矩阵 Vkm 变换为目标特征。频分复用将"空间并行"转化为"频率并行"，是传感内大规模并行得以实现的关键。
该工作把"皮肤形态计算"从概念推进到可演示的硬件：以均匀耐久的 32×32 柔性电容阵列为传感前端、以忆阻交叉阵列为并行计算后端，借助频分复用在传感器内完成图案复原与纹理特征提取。其价值不限于触觉——任何"大规模空间分布输入 + 需并行提取特征"的场景（如分布式应变场、声压场、生物电势阵列）都可借鉴这一传感-计算耦合的思路。面向实用，阵列规模进一步扩展、忆阻权重的长期漂移校正、以及与柔性基底的异质集成，仍是走向稳健系统需要持续攻克的环节。
从增材制造的视角看，本文的"高一致性微结构电容阵列 + 嵌入式计算后端"对制造提出了明确诉求：1024 个单元的 PDMS 柱状微结构需要极高的阵列均匀性与批次一致性，而这正是浆料直写（DIW）类点阵成型工艺的优势所在——通过精确控制针头内径、行进速度与挤出量，可在柔性基底上逐点构筑形貌一致的微柱阵列，并以参数库固化工艺窗口。铂邦设备的多材料切换、路径规划与工艺参数库能力，可为这类柔性触觉阵列从墨水筛选、微结构打印到原型集成的全链路研发提供一体化支撑，缩短"材料-结构-性能"关系的迭代验证周期。
综上，本工作提出大规模并行皮肤形态计算方法：以 32×32 柔性电容压力阵列级联忆阻交叉阵列，在传感器内借助频分复用并行完成传感与计算，演示了破损"NJU"图案的并行复原与复杂压力纹理特征的并行提取。该传感-计算耦合范式对分布式大规模触觉感知具有直接参考意义，而其阵列均匀性诉求也与 DIW 微结构成型工艺高度契合。
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