02.27 新型仿生柔性傳感器研發再下一城,助力漢威科技再次騰飛

隨著柔性電子學、材料科學及微納加工技術發展,柔性/可穿戴電子技術近年來成為電子器件研究的重要領域,功能各異的柔性/可穿戴電子設備在生活中日益增多。可穿戴設備功能的實現極大依賴於柔性傳感器的發展水平。由於具有良好曲面共形特徵及輕、柔、韌等特性,柔性傳感器不僅極大促進可穿戴設備的性能優化,為人與外界信息互動融合起到更大的推動作用;同時在人機交互、智能機器人、人工智能、可穿戴設備、醫療監測及運動健康等戰略新興領域具有廣闊的應用前景。

漢威科技集團是國內傳感器的先進企業,產品和系統解決方案已應用於全球近百個國家,建立了以傳感器為核心,覆蓋多門類檢測儀表及行業物聯網應用的整體佈局;應用行業分佈廣泛。漢威集團同時在柔性傳感器領域傾注了大量的心血。

新型仿生柔性傳感器研發再下一城,助力漢威科技再次騰飛


近日,中國科學院蘇州納米所研究員,漢威科技子公司蘇州能斯達電子科技有限公司創始人張珽博士,其課題組在國際著名期刊Accounts of Chemical Research上發表了題為“Materials, Structures, and Functions for Flexible and Stretchable Biomimetic Sensors”的受邀綜述文章,從仿生角度闡釋了本課題組和相關團隊最近幾年在柔性傳感器領域所涉及的納米敏感材料、微納結構及新型智能器件等方面的研究工作,體現了仿生柔性傳感器技術是實現“(機器)人-信息-物理系統”高效融合的必備途徑,並探討了該研究領域存在的問題和發展方向。

新型仿生柔性傳感器研發再下一城,助力漢威科技再次騰飛

仿生柔性傳感器綜述發表於Accounts of Chemical Research (2019, 52, 288-296, Inside Cover)

面向特定應用場景的需求,柔性傳感器須滿足高靈敏度、高穩定性、快速響應時間和長工作壽命等要求。迄今為止,基於現有複雜的加工手段及材料合成方法具有一定的侷限性。皮膚組織是生物體最大的感知器官,具有力學、溫溼度、觸覺等多種綜合感知能力,於是他們團隊從最具代表性的柔性仿生傳感器-仿生“電子皮膚(Electronic skin)”出發,首先分析指出通過構建具有特殊功能或複合性能的新型敏感材料,能賦予傳感器多功能的感知能力。另外,通過多功能材料設計製備能賦予器件特殊性能,同時,分析指出通過設計和構築多種仿生微納敏感結構來提升柔性傳感器性能。通過柔性器件與異形曲面如人體器官等表界面的緊密貼合,進一步拓寬了柔性傳感器件在人體、輕量化裝備等方面的應用。

張廷團隊深知, 生物體尤其是人體的五官(觸覺、聽覺、嗅覺、視覺及味覺),是生物實現對外界信息感知與交互的重要基礎性功能。於是研究團隊從生物體感官功能出發,實現了多種新型柔性仿生器件的設計構建,如柔性仿生電子皮膚傳感器、柔性仿生指紋結構傳感器和柔性仿生電子耳膜等,實現了對脈搏、心跳及血管微壓的高靈敏檢測,對錶面剪切力、織物條紋及盲文字母的精確檢測,以及對寬頻振動信號的高信噪比、高穩定響應。結合課題組研製的氣體傳感器(嗅覺)及可穿戴汗液傳感器(味覺)等其他傳感器件,這些器件將賦予仿生機器人等系統具有更加“智能”的類生物器官感知功能。

部分成果:

新型仿生柔性傳感器研發再下一城,助力漢威科技再次騰飛

(a)柔性仿生電子皮膚傳感器(“E-skin”);(b)柔性仿生指紋傳感器(“Electronic fingerprint”);(c)柔性振動傳感器-“電子耳膜(Electronic eardrum)”

通過將形狀記憶合金材料、金屬有機框架材料及非傳統的分子機器、細胞有機體等引入器件設計之中,開發具有新的仿生物體功能的柔性傳感器件;通過系統設計,構築輕量化仿生魚、仿生鳥等智能柔性傳感-驅動一體化系統等將成為未來柔性仿生傳感器領域的發展方向。柔性壓力傳感器產品具有功耗低,壓力測試範圍廣,形態多樣,信號易於讀取等優勢。同時,柔性傳感器與柔性顯示屏的底層技術是相通的,隨著市場的逐步成熟,未來在消費類電子方面有巨大的應用空間。

結合在柔性傳感器領域的優勢,漢威科技子公司蘇州能斯達電子科技有限公司開創了國內柔性智能感知技術和印刷電子的領先品牌,公司將柔性感知傳感器與智能終端緊密結合,打造了柔性傳感智能化平臺。目前已經在壓力感知開關、醫療健康領域的呼吸、心率、人體機能恢復的檢測終端,智能運動裝備、電子貨架、機器人及各種智能控制終端等方面批量生產並取得了廣泛的應用。


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