清華教授總結(jié)觸覺(jué)傳感器研究突破和進(jìn)展

　　近日，清華大學(xué)材料學(xué)院朱宏偉教授等在《材料科學(xué)與工程R：報(bào)告》(Materials Science and Engineering R： Reports)上發(fā)表了題為《穿戴式觸覺(jué)傳感器：材料、傳感機(jī)制與器件性能》(“Recent advances in wearable tactile sensors： Materials， sensing mechanisms， and device performance”)的長(zhǎng)篇綜述論文，總結(jié)了近年來(lái)可穿戴式柔性觸覺(jué)傳感器研究的重大突破和進(jìn)展，從基本概念、材料選擇、傳感機(jī)制、性能優(yōu)化、多功能集成和潛在應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)述，并對(duì)未來(lái)科研熱點(diǎn)(如物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))做了展望。

　　近年來(lái)，便攜式智能電子產(chǎn)品發(fā)展日新月異，出現(xiàn)了眾多多功能的可穿戴器件。將電子產(chǎn)品用于手鐲、眼鏡和鞋子等隨身穿戴品一樣“穿戴”在身上已然成為一種新時(shí)尚。其中，穿戴式觸覺(jué)傳感器是當(dāng)下科技圈最前沿的領(lǐng)域之一，可模仿人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的觸覺(jué)功能，主要包括對(duì)力信號(hào)、熱信號(hào)和濕信號(hào)的探測(cè)，是物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢和輔助人類(lèi)全面感知自然及自己的核心元件。從上個(gè)世紀(jì)七八十年代以來(lái)，觸覺(jué)傳感器件就引起了材料、物理、化學(xué)、電子、機(jī)器人等多學(xué)科領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。發(fā)展穿戴式、能夠適應(yīng)基底任意變形、同時(shí)對(duì)多種無(wú)規(guī)則觸覺(jué)刺激有準(zhǔn)確響應(yīng)的新型觸覺(jué)傳感器件至關(guān)重要。隨著石墨烯、碳納米管、氧化鋅、液態(tài)金屬等新型功能材料的出現(xiàn)，柔性電子相關(guān)制備技術(shù)的革新，穿戴式觸覺(jué)傳感器的研究在近幾年得到了迅猛的發(fā)展。

　　穿戴式觸覺(jué)傳感器通常構(gòu)建在類(lèi)似皮膚的彈性基底或者可伸縮的織物上以獲得柔性和可伸縮性。從換能機(jī)理來(lái)看，觸覺(jué)傳感主要應(yīng)用了壓阻式、電容式和壓電式等傳感技術(shù)，每種傳感原理都有其特點(diǎn)和適合的應(yīng)用場(chǎng)所。隨著材料科學(xué)、柔性電子和納米技術(shù)的飛速發(fā)展，器件的靈敏度、量程、規(guī)模尺寸以及空間分辨率等基礎(chǔ)性能提升迅速，甚至超越了人的皮膚。同時(shí)，為了適應(yīng)對(duì)力、熱、濕、氣體、生物、化學(xué)等多刺激分辨的傳感要求，器件設(shè)計(jì)更加更精巧，集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修復(fù)、自供能及可視化等實(shí)用功能的智能傳感器件也應(yīng)運(yùn)而生。此外，穿戴式電子產(chǎn)品朝著集成化方向發(fā)展，即針對(duì)具體應(yīng)用將觸覺(jué)傳感器與相關(guān)功能部件(如電源、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、信號(hào)處理、執(zhí)行器等)有效集成，打造具有良好柔性、空間適應(yīng)性和功能性的穿戴式平臺(tái)。

　　目前，穿戴式觸覺(jué)傳感器在實(shí)際應(yīng)用仍然面臨很多挑戰(zhàn)，例如傳感器在反復(fù)變形過(guò)程中的性能退化，多刺激同時(shí)探測(cè)的串?dāng)_解耦，穿戴式平臺(tái)內(nèi)部器件之間的力、熱、電性能匹配等。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)將帶來(lái)新的機(jī)遇，為相關(guān)材料制備、器件加工及系統(tǒng)集成指明未來(lái)的發(fā)展方向。毫無(wú)疑問(wèn)，穿戴式觸覺(jué)傳感器將朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化方向發(fā)展。觸覺(jué)傳感器的適用范圍將大大拓寬，在人機(jī)交互系統(tǒng)、智能機(jī)器人、移動(dòng)醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

　　目前，穿戴式觸覺(jué)傳感器在實(shí)際應(yīng)用仍然面臨很多挑戰(zhàn)，例如傳感器在反復(fù)變形過(guò)程中的性能退化，多刺激同時(shí)探測(cè)的串?dāng)_解耦，穿戴式平臺(tái)內(nèi)部器件之間的力、熱、電性能匹配等。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)將帶來(lái)新的機(jī)遇，為相關(guān)材料制備、器件加工及系統(tǒng)集成指明未來(lái)的發(fā)展方向。毫無(wú)疑問(wèn)，穿戴式觸覺(jué)傳感器將朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化方向發(fā)展。觸覺(jué)傳感器的適用范圍將大大拓寬，在人機(jī)交互系統(tǒng)、智能機(jī)器人、移動(dòng)醫(yī)療等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。