電子皮膚即新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器,是一種用于實(shí)現(xiàn)仿人類觸覺感知功能的人造柔性電子器件。該類器件在消費(fèi)電子、軍事、醫(yī)療健康等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。相對于聽覺、視覺而言,觸覺感官的模仿十分困難,因?yàn)槟M觸摸感覺需要發(fā)展高空間分辨率、高靈敏度、快速響應(yīng)和大尺寸的壓力傳感器陣列,并且為了模仿自然皮膚的觸覺感知特性,必須發(fā)展大面積柔性高像素力傳感器陣列。新型可穿戴柔性仿生觸覺傳感器的出現(xiàn),為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段,不僅更加符合人類對于細(xì)微虛擬現(xiàn)實(shí)場景中的操作習(xí)慣,同時也更好地適應(yīng)了人類較為敏感的外部神經(jīng),以達(dá)到更好的體驗(yàn)感和交互性,是一種非常接近真實(shí)自然的三維交互手段。
最近,中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈國震課題組與中國人民解放軍總醫(yī)院教授姜凱合作,成功研制出一種基于石墨烯材料的新型柔性觸覺傳感器,實(shí)現(xiàn)了類似人體皮膚功能,可快速感知微小壓力變化,從而構(gòu)筑了具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的人造仿生電子皮膚。該器件具有極好的傳感特性,其靈敏度能夠達(dá)到15.6 kpa-1,響應(yīng)時間在5 ms, 可循環(huán)工作10萬次以上。即使對輕如一根羽毛、一粒大米等物體所帶來的壓力變化也具有很好的響應(yīng)。這種仿生電子皮膚已經(jīng)被嘗試應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,實(shí)驗(yàn)室目前將該仿生電子皮膚應(yīng)用于對脈搏、語音等人體生理信號的實(shí)時快速檢測,通過對人體說話時喉部肌肉群運(yùn)動產(chǎn)生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析,初步實(shí)現(xiàn)了語音識別和人體不同生理狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測,有望在語音輔助輸出系統(tǒng)、人體健康評價和疾病前期診斷方面獲得廣泛應(yīng)用。同時為了進(jìn)一步模擬人體觸覺感覺,實(shí)驗(yàn)室制備出大尺寸觸覺傳感器陣列,成功模擬出不同物體力的分布。
該項(xiàng)工作為電子皮膚、可穿戴人體健康監(jiān)測系統(tǒng)提供了一個新的思路。經(jīng)過進(jìn)一步的研究和改進(jìn),有希望突破傳統(tǒng)柔性多維觸覺陣列傳感器由多個觸覺傳感器單元組成的組合式陣列等結(jié)構(gòu)形式。從而實(shí)現(xiàn)柔性多維陣列觸覺傳感器既具有類似于人體皮膚的柔韌性,又具有獲取三維方向力信息的功能。該項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。研究成果發(fā)表在nano energy (doi: 10.1016/j.nanoen.2016.02.053)期刊上。
