觸覺傳感器被列為與光刻機(jī)、芯片并列的關(guān)鍵"卡脖子"技術(shù)之一，可與生物神經(jīng)系統(tǒng)交互的觸覺電子皮膚更是對智能機(jī)器人、義肢、人體增強(qiáng)、新型人機(jī)界面至關(guān)重要。在長三角地區(qū)，聚集了全國超過50%的智能傳感器企業(yè)，同時(shí)有一批高?？蒲性核目蒲腥藛T正致力于新型智能傳感器件的研發(fā)。
我們走進(jìn)東南大學(xué)新型顯示國家技術(shù)創(chuàng)新中心的柔性智能感知實(shí)驗(yàn)室。數(shù)年來，這里的科研人員致力于解決柔性傳感器所面臨的三方面的技術(shù)難題：如何實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測、如何提升器件可靠性、如何增強(qiáng)多模信息感知和處理能力。
隱形眼鏡傳感技術(shù) 無線無源的實(shí)時(shí)連續(xù)眼壓檢測
在東南大學(xué)柔性智能感知實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，師生們正在使用角膜微形變感知系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用感應(yīng)耦合的原理，在仿生人眼上佩戴隱形眼鏡眼壓計(jì)，手機(jī)上實(shí)時(shí)檢測顯示。
東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院青年首席教授石瓊鋒介紹說：“我們在隱形眼鏡里植入了線圈傳感器，可以實(shí)時(shí)測量眼壓。而外部的框架眼鏡也會放置一個(gè)線圈，兩者產(chǎn)生耦合效應(yīng)，就可以將數(shù)據(jù)傳導(dǎo)出去，并通過藍(lán)牙等通信方式傳輸?shù)绞謾C(jī)上，以便于隨時(shí)監(jiān)測?！蹦敲?，將線圈植入眼鏡，眼睛會不會有異物感？“不會，因?yàn)榫€圈的材質(zhì)及厚薄度與隱形眼鏡一致，因此不會帶來不適感。這種新型隱形眼鏡解決了臨床上青光眼病變眼壓異常波動不易捕捉的難題，對于提早介入治療有很大的幫助?！?/span>
使用這款角膜微形變感知系統(tǒng)，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)居家、辦公、娛樂等場所的實(shí)時(shí)眼壓檢測，使眼壓檢測不再依賴于大型設(shè)備和專業(yè)的醫(yī)護(hù)人員，幫助用戶足不出戶實(shí)現(xiàn)個(gè)人眼壓健康的連續(xù)檢測。
石瓊鋒說：“國際上一套設(shè)備售價(jià)750歐元，采用東南大學(xué)隱形眼鏡眼壓計(jì)，單對隱形眼鏡的售價(jià)可以降低到25人民幣，同時(shí)在使用舒適度、精確度以及穩(wěn)定性上都具有領(lǐng)先的優(yōu)勢。”
智能電子織物技術(shù) 用于舒適可穿戴人機(jī)交互
傳感器是物聯(lián)網(wǎng)家居控制中的重要感知單元，為了實(shí)現(xiàn)在日常生活中更加自然的人機(jī)交互控制，東南大學(xué)柔性智能感知實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)將織物手環(huán)設(shè)計(jì)成為可交互的智能手環(huán)。
東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生魏瀟說：“我們現(xiàn)在正在進(jìn)行織物手環(huán)實(shí)現(xiàn)智能家居控制的實(shí)驗(yàn)調(diào)試，通過以電子傳感纖維為基礎(chǔ)構(gòu)建壓力傳感單元的方法，可實(shí)現(xiàn)對于房間里臺燈、音響等家居電器的控制。這里的電子纖維傳感器設(shè)計(jì)為螺旋結(jié)構(gòu)，包裝在織物手環(huán)內(nèi)，并通過控制器模塊實(shí)現(xiàn)與家居產(chǎn)品的交互?！?
智能電子纖維手環(huán)外觀看起來和普通織物手環(huán)相似，比由平面和剛性材料組成的商業(yè)智能設(shè)備穿戴起來更加自然舒適，并且也為智能物聯(lián)網(wǎng)框架下的人機(jī)交互提供了新的器件形態(tài)。
多模態(tài)超屬性電子皮膚技術(shù) 助推機(jī)器人類人智能感知
東南大學(xué)柔性智能感知實(shí)驗(yàn)室的科研人員在測試所研制的超屬性電子皮膚對溫度、應(yīng)變、濕度等多種刺激的響應(yīng)能力。依靠這種電子皮膚可以實(shí)現(xiàn)類人體皮膚的各種刺激感知能力，可用于機(jī)器人智能感知和虛擬交互等領(lǐng)域。
這塊黑色的材料，便是東南大學(xué)最新研發(fā)的全屬性凝膠電子皮膚，看上去比較柔軟，摸上去也有著皮膚的彈性。怎樣能還原出真實(shí)皮膚豐富的刺激感知感官和理化特性？
東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生段升順介紹說：“為突破了這個(gè)‘卡脖子’難點(diǎn)，我們科研人員組合成了一種基于桑蠶絲的復(fù)合材料，讓電子皮膚能夠和真實(shí)皮膚一樣，柔軟光滑，可以拉伸，有弱酸性，同時(shí)能夠感知到環(huán)境中溫度、壓力、濕度等變化?！?/span>
當(dāng)前投入應(yīng)用的機(jī)器人更多是借助攝像頭，通過視覺感官來認(rèn)知環(huán)境。怎么讓機(jī)器人跟環(huán)境的交互更加像人類？那就是賦予它第二大感官：觸覺！團(tuán)隊(duì)研發(fā)圍繞這個(gè)目標(biāo)，開展了一系列研究工作，第一步就是用超聲波定位技術(shù)解決了視覺受限的問題。基于多年來在仿生多模軟觸覺傳感器上的研究，此次研發(fā)的新型皮膚可應(yīng)用于機(jī)器人皮膚以展示其在捕獲多種刺激信息、重構(gòu)配置所需功能方面的高度類皮膚屬性。
課題組負(fù)責(zé)人、東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院副院長吳俊說：“未來的電子皮膚不應(yīng)該只有觸覺感知功能，應(yīng)當(dāng)像這一款超屬性電子皮膚一樣具備觸覺感知和弱酸性、可降解、可重構(gòu)等類皮膚理化屬性。目前而言，該電子皮膚在機(jī)器人類人皮膚上有廣闊的應(yīng)用前景，但其與人體組織的相容性仍需進(jìn)一步研究，以實(shí)現(xiàn)與人體組織相容的神經(jīng)電接口等應(yīng)用。相信未來將有機(jī)會用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，來幫助燒傷病人用于短暫的觸覺重構(gòu)，甚至殘疾人士佩戴假肢的觸覺重構(gòu)?！?/span>
柔性智能感知實(shí)驗(yàn)室致力于研發(fā)面向人體健康大數(shù)據(jù)監(jiān)測，機(jī)器人觸覺，及元宇宙虛實(shí)交互的柔性多模態(tài)傳感器件和智能系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)室參與了多個(gè)國家級和省部級科研平臺建設(shè)，目前是國家視覺健康與感知技術(shù)創(chuàng)新平臺的核心建設(shè)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)也作為共建團(tuán)隊(duì)參與建設(shè)了數(shù)字感知芯片全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室自成立以來，始終堅(jiān)持產(chǎn)學(xué)研深度合作，積極圍繞產(chǎn)業(yè)需求開展人才培養(yǎng)和創(chuàng)新技術(shù)開發(fā)，與中電?？怠⒑２葒鴥?nèi)外龍頭企業(yè)開展廣泛深入的合作，以解決工程技術(shù)應(yīng)用中的卡脖子問題。實(shí)驗(yàn)室共主持科技部重點(diǎn)專項(xiàng)/863課題/國家自然科學(xué)基金10余項(xiàng)；授權(quán)國家發(fā)明專利25件。
（江蘇廣電融媒體新聞中心/黃迪 王教群 編輯/汪澤）
