标签: 电子皮肤

不久的将来，机器人就可以变得更人性化了，加利福尼亚大学伯克利分校的研究人员创造出一种电子传感器，可以模拟触碰反应。接触到电子皮肤时，皮肤表面的LED灯会亮起来。这项科技可以做成智能绷带，用于监控重要器官，也可以做成交互式墙纸，或者应用到机器人身上。 我们用手做的很多事情，比如说打字、画画、打球甚至是撸管，感知压力、力度、平衡等等，都要调动复杂的运动中枢，要在实验室里重现非常困难。此前机器人手掌灵活性的研究也是异常困难，让及其手掌拥有触觉难度更大。这时伯克利的研究就发挥了作用了。Ali Javey带领一批工程师利用他们此前的研究成果创造了一个矩阵排列压力传感器的设备，根据压力的分布来点亮LED。与我们手中智能机的屏幕不同的是，这个电子皮肤非常地柔软。 皮肤的制造程序如下，研究人员在硅晶元表面铺上一层聚合物，用标准半导体制造工艺分层插进晶体管、OLED和压力传感器，最后他们揭开表面的聚合物，“赤裸裸”的电子皮肤就造好了。这个电子皮肤触觉敏感，反应时间只有1毫秒。这样的皮肤制造工艺复杂，成本会相对高，但是好处是可以用到现有的制造流水线，所以今后商业化可以降低成本。 研究人员还在试图给电子皮肤加上对温度、亮度的感应。

电子诊脉器的心脏就是苏州能斯达一直在研究的电子皮肤传感器，它是一款柔性压力敏感元件，能够用来检测皮肤、肌体的轻微振动。电子诊脉器检测的即是脉搏振动引发的皮肤的振动。     电子诊脉器就是模仿中医诊脉，而基于电子皮肤的脉搏测量模块就是在电子皮肤传感器基础上升级设计的一款应用，与手环类佩戴原理类似，通过电子皮肤采集脉搏跳动的压力，并对采集到的压力进行一系列处理，能够得到测试者的脉搏波形图和每分钟脉搏的跳变数。同时，电子皮肤的脉搏测量模块已经完成了包括脉搏信号采集以及处理、脉搏计数显示、脉搏波形数据发送和显示等功能。     如果你遇到或者见到这样一位中医，通过简单的“望闻问切”，就能将病情和可能的病因叙述得环环紧扣，合情合理。即所谓“病家不开口，便知有没有”，定能使人感到非常神奇。   上位机接收并实时显示脉搏波形如下图：     电子诊脉器内部数据处理是实现诊脉的关键。不是简单分析波形的跳动频率，还要分析出波形的形状，滤除干扰，判断哪些是有效波形，哪些是干扰波形。将有效波形与数据库中的脉象进行对比，得出诊断结论。此研究需要复杂的数学算法，希望具有此专业的研发者持续关注。未来的电子诊脉器将是一个多传感器的集合。通过多个传感器的数据融合，更可靠，更迅速的进行脉搏体征测量，提供给用户非常好的体验。   电子脉诊器，苏州能斯达在持续的研究。未来将推出稳定的DEMO，届时也将提供给广大爱好者和研发者。希望广大研发者能使用此DEMO，创造出健康领域的奇迹，将中医的精髓，继承并发扬。

智能穿戴市场虽然火热，但消费者似乎都有点审美疲劳了。厂商玩来玩去，产品无非就是手环、手表、戒指等东西。必须承认有些产品外观做的的确不错，也吸引了一 定量的用户，但是智能穿戴真的就该是这个样子吗？笔者也与智能穿戴从业者、爱好者有过多次的交流，大家聊了很多，有的说需要培养用户习惯、有的说需要优良 的外观设计、有的说需要完善的后端服务……大家说的都很有道理，但为什么至今还没有一款爆量性的智能穿戴设备出现呢？   相比较早期的一些产品，我们看到现在的很多智能穿戴产品的确不再打一些花里胡哨的概念，更多的也是针对消费者的某些实际需求提出。比如针对儿童安全的手环、 针对人体体征数据监测的手表、针对老年痴呆症患者的头带等等产品。这些都注意到了确实存在的需求，而且概念和方向都很好，但就目前销量而言还是跟期望值相 差巨大。   很多人都说这是一个新兴市场，消费习惯和增量还需要慢慢培养和积累，笔者承认这是部分原因，但是个人觉得目前最大问题的还是在于智能穿戴产品本身。简单言之产品讲的故事很美好，但是作为这些理念的载体——产品本身还是缺少让消费者为之买单的动力。   在 笔者的心目中，真正的智能穿戴产品首先不应该让使用者觉得不便，而试图通过培养用户习惯或者改变用户习惯的作法，如果企业本身没有强大的市场号召力，产品 推广必然是一个长期的且及其艰难的过程。理想中的穿戴产品，也许贴附在身上就可以使用，用户甚至都不会察觉自己在使用这款产品……     图1.用电子皮肤做成的智能手环展示demo   当然之前这只是笔者心中所想，但是接触到苏州中科纳米所张珽研究员目前在做的电子皮肤项目后，笔者觉得梦想还是要有的，万一就实现了呢！   图2.电子皮肤   这是一款让人有无限想象空间的产品，该团队做了一款类似于手环的展示demo，老实说样子不咋的（图1所示），但实际上该demo真正的核心就是一片很薄的薄膜（图2所示），采用微纳工艺制成的自支撑超薄碳纳米管薄膜。体表的微小振动都能引起薄膜内部阻值发生变化，进而可以转换成有用的电流侦测信号。所以未来该产品可以做成侦测脉搏的腕带，侦测心跳的胸贴，侦测声带振动的创可贴，或许直接就可以做成纹身贴附在皮肤上了……最终的产品，形态可能多种多样，但是比起现在所谓的智能穿戴产品，想想都令人激动。     图3.电子皮肤创可贴   当然该产品只是个传感器部件，成为终端产品还有很多问题臻待解决。用张珽研究员的话讲，需要与有实力而且有创意的团队一起合作，该产品才能真正落地，真正惊艳。

电子皮肤早已有之，但灵敏性却并不如人意，日前，加利福尼亚大学工程师们最近创造了一个超薄互动的传感器电子皮肤，可以装饰在任何物体表面上。当触摸它时能立即发光，压强越大的话，它发出的光越明亮。这一成果有望让机器人拥有更加真实的触感。 人类在控制自己的手时需要启动手上一大部分的运动皮质，采用微妙的平衡力，实现各种各样的反馈。而之前在机器人技术领域，如何改善身体的柔韧性和延展性一直困扰着研究者们，要使得机器人具有更敏感的触觉被证明是一个非常困难的挑战。 此次工程师们创造的一个互动压力传感器皮肤，被触摸的时候，立即按得到的力度回应，跟僵硬的iPhone触摸屏相比，这个系统非常灵活，不管多么复杂的几何表面，你都可以压到它的表面，所以这个技术也有望给手机、游戏机控制器上增加一个更直观的人机界面，使人的动作与安装传感器的设备实现更好的互动。 皮肤的生产相对简单，在硅晶片上沉积一层薄薄的聚合物，然后使用标准的半导体制造技术再叠上一层晶体管、一个有机LED、一个压力传感器。最后快完工的时候剥掉硅衬底上的一层塑料，留下干净的胶片，里面内置了传感器网络。 最后的结果就是一个16*16矩阵传感器成品，可以在一毫秒以内就迅速响应。皮肤的整个电子元件都是垂直整合的，看似廉价的塑料块里面却内置了一一个复杂的系统，该皮肤的发明者还表示，未来希望制造一个更先进的传感器皮肤，希望可以对温度和光线也产生敏锐回馈。

机器人不是人，但不久他们将获得和人类一样的触觉。研究人员称他们已经成功的研制出了一种可变形的感应器。这种感应器可以连续的对温度，压力，湿度等指标进行探测，比目前市面上的各种感应设备更加精确。   这种感应器不仅提高了机器人技术，而且，在可见的未来，我们还可以将这种装置嵌入到残疾人的电子皮肤中，帮助他们感受环境的变化。   据以色列理工大学化学工程与技术学院的一名教授（Hossam Haick）称：“由于该感应器的成功研发，人类在仿生学上跨进了一大步。”相比同类设备，这种感应器可以更精准(约是同类产品的10倍)的模仿人类对环境的真实感觉。   研究人员将附有有机连接分子（配体）的金纳米粒子涂在我们日常做饮料瓶的塑料表面，制成了这种感应器。这种感应系统的分子结构和花类似，一层金纳米粒子在中央，而配体粒子像花瓣一样环绕在它的周边。   当我们弯曲或者挤压塑料时，感应系统中的纳米粒子发生变化，他们之间的距离发生改变。这种改变可以迅速的影响粒子间电子的传递速度，从而改变传感器的导电性质。【仿生学，十大技术】   换句话说，压力的变化会影响组成传感器的化合物的导电性。Haick说：“通过测量导体的电阻，我们就能够知道在传感器上施加了多大的压力。”   温度和湿度的改变同样会影响纳米粒子间的距离，他补充说。“通过软硬件的共同处理，我们就可以为湿度，温度和触觉定义不同的数值，从而制作出三合一的感应器。”   研究人员还表示通过改变塑料表面材料的薄厚程度，他们可以控制感应器对环境的敏感程度。   通过改变塑料的性质，我们就可以获得很大测量范围，从几十毫克到几十克，Haick说。   这个感应器除了可以应用在假肢上，给机器人类似人的触觉，它还可以应用在早期的预警系统中。用它我们可以监测不正常的温度和飞机，桥梁和其他建筑机构中的小裂缝。我们还有可能将这个技术应用在人体健康的监控上。   当然，要作为真的人造皮肤使用，我们还需要将由假肢收集的信号传递到大脑。要达到这个目的，我们需要将感应器同人的神经系统相连，而目前，科学家还没有研究出这类技术。   Haick说：“集成了电子皮肤和电脑系统的技术的发展会使这项技术更加成熟。”