东南大学揭秘“电子皮肤”智能应用,智能感知迈向“柔性”时代

黑科技看看 2023-06-25
1971 字丨阅读本文需 5 分钟

柔性传感器作为传感器行业的一项新突破,在之前热播的美剧《黑镜5》之中有所涉及。影片中的男主植入一个芯片,便可以穿越到游戏里的角色,和好朋友进行游戏PK,其肉体可以切实感觉到游戏里的技能伤害及逼真的游戏场景。

听上去是不是就感觉这种体验很酷炫?其实这款意识体感游戏的核心部件便是柔性传感器。柔性传感器作为传感器行业中的新兴领域,它的问世也预示着剧中的游戏体验将成为现实,人机交互将迎来更深层面的突破。

什么是柔性传感器?

柔性传感器,所谓柔性,实际上是相对刚性而言的。柔性传感器使用了柔性基板,这种基板其实是一种薄膜,材质非常柔软,具有良好的柔韧性与延展性,可以自由弯曲甚至折叠,由于其使用材料和结构的灵活,柔性传感器可以根据应用场景任意布置,方便对被测量单位进行检测。

柔性传感器,常用的制造材料有:聚乙烯醇、纺织材料、聚酰亚胺、聚酯、纸片等。由柔性材料制备而成的传感器,是传感器的细分品类之一。根据工作原理不同,柔性传感器可分为柔性电阻式传感器、柔性压磁式传感器、柔性电容式传感器、柔性电感式传感器等;根据功能不同,可分为柔性压力、应变、温度、气体、湿度、磁阻抗、热流量传感器等。

目前,柔性传感器因其“柔韧性好、延展性强、结构灵活、轻薄透明、耐腐性强、可自由弯曲与折叠等优点”在电子、医疗、服装、工业、交通、环保、国防等领域应用前景较为广阔。具体来看,其中在医疗领域,柔性传感器可用于制备智能创可贴、智能绷带、柔性血氧计等,是当前医疗领域极具研发与应用潜力的新型电子器件;在电子领域,柔性传感器可用于制备健身手环、电子皮肤等可穿戴设备;在服装领域,柔性传感器可用于制造功能性服饰与运动健身服饰等。

柔性传感器的智能应用

近日,东南大学研发的一款“电子皮肤”火了。这块神奇的“皮肤”:约食指长短,同平常的纸张差不多薄,整体外观呈碳黑色,摸起来既柔软又光滑,仿佛人的皮肤一般!

课题组负责人、东南大学电子科学与工程学院副院长吴俊介绍,这是一款可穿戴的电子皮肤器件,学名为“水驱动机械性能可调的全属性凝胶电子皮肤”。“外观呈碳黑色,是因为选用了一种特殊复合材料。该电子皮肤器件不仅具备人体皮肤的刺激感知能力,而且具备可拉伸、弱酸性和自治愈性,还可以实现温度、湿度、压力等多信息的集成耦合,其最新成果已经在国际著名学术期刊《ACS Nano》发表。”

初步实现了多属性的皮肤功能,后续的研究工作将如何开展?吴俊介绍:“接下来我们需要进一步分析电子皮肤接收到的刺激源,其输出的电信号代表的是温度信息还是压力信息,是高频压力信息还是低频压力信息等方方面面。这就是解耦的过程,解耦完成后,我们还需要有一个融合理解的过程。”

据悉,现有机器人主要依靠视觉信号来建立对周边环境的的认知,当机器人穿上这层“电子皮肤”,经过解耦和融合的算法处理后,将赋予机器人多维度的感知能力,尤其是让它能够通过“触觉”,构建对周边环境的理解。吴俊也表示,柔性触觉感知是非常前沿的领域,团队研发的这款“皮肤”距离真正的应用还有很长的距离。

除了智能穿戴,还可应用于医疗领域的疾病诊断、健康监测等,课题组的另一项应用——眼睛植入式器件便是这个方向。现场,吴俊教授用一个白色的人眼仿真模型做了演示。

柔性传感器的市场和机遇

柔性传感器的问世见证了传感器从刚性到柔性的突破,极大地拓展了传感器的应用场景。柔性传感器不仅可以是游戏领域中的智能穿戴设备,医疗大健康领域的电子皮肤、疾病诊断设备、健康监测设备、智能颈枕、智能按摩设备,消费领域的智能手环、元宇宙手套,智能家居领域的智能床垫、智能地板,甚至是马斯克提出的脑机接口。总之,柔性传感器的出现丰富了传感器的适用领域,便利了人们的生活,让人们的生活更加智能化,便利化。

据相关机构预测,2021年~2028年全球柔性传感器市场的年复合增长率达6.8%,预计2028年可达84.7亿美元;另据弗若斯特沙利文预测,2019年~2025年,全球柔性电子市场的年复合增长率达到惊人的144.71%,2025年末市场规模可达3049.4亿美元,这也预示着柔性传感器市场前景光明。

现阶段,在国际市场中,从事柔性传感器研发企业主要有美国Sensel、美国MC10、美国Novasentis、美国Flexpoint、芬兰Canatu、芬兰Foreiot、法国ISORG等;国内柔性传感器企业包括能斯达电子、钛深科技、慧闻科技、力感科技、三三智能、柔宇科技、韧和科技等。目前国内外柔性传感器行业尚处于发展初期阶段,市场格局还未形成,未来本土企业还需不断提升技术水平以及加大产品研发力度,为抢占市场先机奠定坚实基础。

目前,柔性传感器的应用还未铺开。不过,资本已经提前嗅到了商机,以小米等消费电子巨头为首的风险资金,近年来大笔投资了苏州能斯达、钛深科技等多家国内柔性传感器企业。目前,苏州能斯达柔性传感器技术水平及产业化程度国内领先,柔性传感器产品已经在一些潜在的市场例如消费电子、健康监护以及电动车等相关领域取得突破,未来市场放量会给能斯达带来很大的机遇。

未来,柔性传感器主要聚焦于医疗健康领域、机器人领域及VR设备+元宇宙领域,将优化触觉灵敏度,拓展压力工作范围,为触觉体验提供更多技术支持,解放生产力,为各领域发展进献一份力量。传感器行业作为一个新兴行业,相信未来,伴随着柔性传感器的多领域应用,我们也将真正迈向智能感知时代。传感器行业也将通过强强联合实现产业化发展,迎来属于自己的发展黄金期。

文章来源: 荔枝网,C位知讯,汉威科技

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