清華教授總結觸覺(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、傳感機制與器件性能》(“Recent advances in wearable tactile sensors： Materials， sensing mechanisms， and device performance”)的長(cháng)篇綜述論文，總結了近年來(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、傳感機制、性能優(yōu)化、多功能集成和潛在應用等幾個(gè)方面進(jìn)行了系統評述，并對未來(lái)科研熱點(diǎn)(如物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現實(shí)/增強現實(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，主要包括對力信號、熱信號和濕信號的探測，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、能夠適應基底任意變形、同時(shí)對多種無(wú)規則觸覺(jué)刺激有準確響應的新型觸覺(jué)傳感器件至關(guān)重要。隨著(zhù)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，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。從換能機理來(lái)看，觸覺(jué)傳感主要應用了壓阻式、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)和適合的應用場(chǎng)所。隨著(zhù)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、規模尺寸以及空間分辨率等基礎性能提升迅速，甚至超越了人的皮膚。同時(shí)，為了適應對力、熱、濕、氣體、生物、化學(xué)等多刺激分辨的傳感要求，器件設計更加更精巧，集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修復、自供能及可視化等實(shí)用功能的智能傳感器件也應運而生。此外，穿戴式電子產(chǎn)品朝著(zhù)集成化方向發(fā)展，即針對具體應用將觸覺(jué)傳感器與相關(guān)功能部件(如電源、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊、信號處理、執行器等)有效集成，打造具有良好柔性、空間適應性和功能性的穿戴式平臺。

　　目前，穿戴式觸覺(jué)傳感器在實(shí)際應用仍然面臨很多挑戰，例如傳感器在反復變形過(guò)程中的性能退化，多刺激同時(shí)探測的串擾解耦，穿戴式平臺內部器件之間的力、熱、電性能匹配等。應對這些挑戰將帶來(lái)新的機遇，為相關(guān)材料制備、器件加工及系統集成指明未來(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，在人機交互系統、智能機器人、移動(dòng)醫療等領(lǐng)域具有巨大的應用前景。

　　目前，穿戴式觸覺(jué)傳感器在實(shí)際應用仍然面臨很多挑戰，例如傳感器在反復變形過(guò)程中的性能退化，多刺激同時(shí)探測的串擾解耦，穿戴式平臺內部器件之間的力、熱、電性能匹配等。應對這些挑戰將帶來(lái)新的機遇，為相關(guān)材料制備、器件加工及系統集成指明未來(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，在人機交互系統、智能機器人、移動(dòng)醫療等領(lǐng)域具有巨大的應用前景。