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电子皮肤:智能手机“接班人”
作者: 崔 爽 编辑:刘欣蕊 来源:科技日报 更新日期:2018-05-11 浏览次数:次 字体:

智能手表可以帮助我们监测睡眠和心率;智能音箱可以告诉我们今天的天气、适宜穿什么衣服以及实时新闻;智能手机能做得更多,囊括衣食住行方方面面……不久的将来,这些功能可能全部将由“电子皮肤”代劳。

近日,未来科学大奖科学委员会委员、美国斯坦福大学教授鲍哲南在英国《自然》杂志发表报告称,他们首次成功开发出更易量产的高密度、高灵敏度可拉伸晶体管阵列,这一成果是柔性电子领域制造工艺的新突破。鲍哲南曾表示,智能手机是现在,而人造电子皮肤是未来,是下一代电子工业发展的方向。

像人类一样感知周围环境并给出反应

在解释这项成果的价值时,鲍哲南解释道:“集成电路里面有很多层不同的材料,这些材料都必须做成很小的不同形状,然后一层层叠加,整个工艺有几十到上百的步骤。”她透露团队用8至10年的时间才完成整个工艺研发,“这证明用电子皮肤一样的电子材料来做电子器件,是一个可以实现的事情,而不再是科幻场景。电子皮肤的实现只是时间问题,把这个集成越做越大,功能越做越多,我们证明了第一步。”

“电子皮肤很神奇。”从事柔性材料研究多年的哈尔滨工业大学(威海)材料科学与工程学院副教授王华涛向科技日报记者表示,电子皮肤就是一种智能的仿生皮肤。研究之初,科学家们受到人类皮肤有触觉、能对外界事物进行感受的启发,产生了创造出和人类皮肤一样柔软透明、能感应到热与力等外界信息的智能仿生皮肤的想法。这个想法一旦实现,就等于机器拥有了像人类皮肤一样的表层,可以接收外界信息,和人一样感知环境信息,并给出相应反应。

“这种电子皮肤的‘皮肤’一般会选用柔性、透明并且能够制作成薄片的材料或者复合材料,而电子皮肤‘电子’方面的实现大多靠在柔性透明材料基体上加入具有一定电学特性的材料复合,或是直接在其表面刻蚀集成电路,把力、热的信号探测出来并传递出去,输入到相关电子设备中。”王华涛表示。

可进行无线支付的“电子纹身”

不光听来酷炫,电子皮肤对于现代人类社会的智能发展极其重要。

“电子皮肤实质上是仿生皮肤,我们研制它的主要目的就是利用它仿生。”王华涛表示。如今,机器人的智能化和仿生化水平越来越高,而电子皮肤可以很好地贴覆在机器人外壳表面,让机器人能够接近甚至达到与人一样的“靠表皮感应外界事物的能力”,并传递至机器人中心控制系统,使其做出相应的反应。这对促进机器人智能化水平的作用将是革命性的。

此外,这种智能皮肤还可以贴覆在智能家居电器表层,感应外界指示并执行相应任务,提升智能化程度,便利人们的生活。据王华涛介绍,目前他们已经成功研制出一种基于石墨纳米片的柔性电子皮肤,实现了对压、拉、弯、冲击以及声音震动的多方位传感,在可穿戴电子领域里将会有广阔的应用空间,为假肢制造、机器人设计、可穿戴设备等领域搭起了桥梁。

以可穿戴设备为例,电子皮肤可以一改人们对于可穿戴智能设备的传统印象,让它们不再只能像智能手机、智能眼镜一样工作,而是可以像贴身衣物般柔软、可伸缩,甚至可以将体积一再缩小,成为人类皮肤上的“电子纹身”。“未来人们可以通过扫描贴在皮肤上的‘电子纹身’获取资讯甚至完成支付,这款‘纹身’会代替你的钱包,以及代替手机的无线支付功能。”王华涛预测。

鲍哲南曾对媒体表示,要实现电子皮肤的设想,还需要在材料、工艺方面进行很多基础研究;在工艺角度实现更复杂、更大型的集成电路方式;并且开发出由简单到复杂的应用场景。对于未来电子皮肤的发展,她认为人造电子皮肤是“不可避免的一个趋势”,但目前“还处在起始阶段”。


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