随着柔性电子学、材料科学及微纳加工技术发展,柔性/可穿戴电子技术近年来成为电子器件研究的重要领域,功能各异的柔性/可穿戴电子设备在生活中日益增多。可穿戴设备功能的实现极大依赖于柔性传感器的发展水平。由于具有良好曲面共形特征及轻、柔、韧等特性,柔性传感器不仅极大促进可穿戴设备的性能优化,为人与外界信息互动融合起到更大的推动作用;同时在人机交互、智能机器人、人工智能、可穿戴设备、医疗监测及运动健康等战略新兴领域具有广阔的应用前景。
汉威科技集团是国内传感器的先进企业,产品和系统解决方案已应用于全球近百个国家,建立了以传感器为核心,覆盖多门类检测仪表及行业物联网应用的整体布局;应用行业分布广泛。汉威集团同时在柔性传感器领域倾注了大量的心血。
近日,中国科学院苏州纳米所研究员,汉威科技子公司苏州能斯达电子科技有限公司创始人张珽博士,其课题组在国际著名期刊Accounts of Chemical Research上发表了题为“Materials, Structures, and Functions for Flexible and Stretchable Biomimetic Sensors”的受邀综述文章,从仿生角度阐释了本课题组和相关团队最近几年在柔性传感器领域所涉及的纳米敏感材料、微纳结构及新型智能器件等方面的研究工作,体现了仿生柔性传感器技术是实现“(机器)人-信息-物理系统”高效融合的必备途径,并探讨了该研究领域存在的问题和发展方向。
仿生柔性传感器综述发表于Accounts of Chemical Research (2019, 52, 288-296, Inside Cover)
面向特定应用场景的需求,柔性传感器须满足高灵敏度、高稳定性、快速响应时间和长工作寿命等要求。迄今为止,基于现有复杂的加工手段及材料合成方法具有一定的局限性。皮肤组织是生物体最大的感知器官,具有力学、温湿度、触觉等多种综合感知能力,于是他们团队从最具代表性的柔性仿生传感器-仿生“电子皮肤(Electronic skin)”出发,首先分析指出通过构建具有特殊功能或复合性能的新型敏感材料,能赋予传感器多功能的感知能力。另外,通过多功能材料设计制备能赋予器件特殊性能,同时,分析指出通过设计和构筑多种仿生微纳敏感结构来提升柔性传感器性能。通过柔性器件与异形曲面如人体器官等表界面的紧密贴合,进一步拓宽了柔性传感器件在人体、轻量化装备等方面的应用。
张廷团队深知, 生物体尤其是人体的五官(触觉、听觉、嗅觉、视觉及味觉),是生物实现对外界信息感知与交互的重要基础性功能。于是研究团队从生物体感官功能出发,实现了多种新型柔性仿生器件的设计构建,如柔性仿生电子皮肤传感器、柔性仿生指纹结构传感器和柔性仿生电子耳膜等,实现了对脉搏、心跳及血管微压的高灵敏检测,对表面剪切力、织物条纹及盲文字母的精确检测,以及对宽频振动信号的高信噪比、高稳定响应。结合课题组研制的气体传感器(嗅觉)及可穿戴汗液传感器(味觉)等其他传感器件,这些器件将赋予仿生机器人等系统具有更加“智能”的类生物器官感知功能。
部分成果:
(a)柔性仿生电子皮肤传感器(“E-skin”);(b)柔性仿生指纹传感器(“Electronic fingerprint”);(c)柔性振动传感器-“电子耳膜(Electronic eardrum)”
通过将形状记忆合金材料、金属有机框架材料及非传统的分子机器、细胞有机体等引入器件设计之中,开发具有新的仿生物体功能的柔性传感器件;通过系统设计,构筑轻量化仿生鱼、仿生鸟等智能柔性传感-驱动一体化系统等将成为未来柔性仿生传感器领域的发展方向。柔性压力传感器产品具有功耗低,压力测试范围广,形态多样,信号易于读取等优势。同时,柔性传感器与柔性显示屏的底层技术是相通的,随着市场的逐步成熟,未来在消费类电子方面有巨大的应用空间。
结合在柔性传感器领域的优势,汉威科技子公司苏州能斯达电子科技有限公司开创了国内柔性智能感知技术和印刷电子的领先品牌,公司将柔性感知传感器与智能终端紧密结合,打造了柔性传感智能化平台。目前已经在压力感知开关、医疗健康领域的呼吸、心率、人体机能恢复的检测终端,智能运动装备、电子货架、机器人及各种智能控制终端等方面批量生产并取得了广泛的应用。