觸覺(jué)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(jué)電子皮膚更是對(duì)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(zhǎng)三角地區(qū)，聚集了全國(guó)超過(guò)50%的智能傳感器企業(yè)，同時(shí)有一批高校科研院所的科研人員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(guó)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(lái)，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(cè)、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(wú)線無(wú)源的實(shí)時(shí)連續(xù)眼壓檢測(cè)
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(cè)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(shuō)：“我們?cè)陔[形眼鏡里植入了線圈傳感器，可以實(shí)時(shí)測(cè)量眼壓。而外部的框架眼鏡也會(huì)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(guò)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(cè)。”那么，將線圈植入眼鏡，眼睛會(huì)不會(huì)有異物感？“不會(huì)，因?yàn)榫€圈的材質(zhì)及厚薄度與隱形眼鏡一致，因此不會(huì)帶來(lái)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(dòng)不易捕捉的難題，對(duì)于提早介入治療有很大的幫助。”
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(lè)等場(chǎng)所的實(shí)時(shí)眼壓檢測(cè)，使眼壓檢測(cè)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(cè)。
石瓊鋒說(shuō)：“國(guó)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(duì)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(shì)。”
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(shuō)：“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(guò)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(duì)于房間里臺(tái)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(guò)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(lái)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(lái)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(cè)試所研制的超屬性電子皮膚對(duì)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(shuō)：“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。”
當(dāng)前投入應(yīng)用的機(jī)器人更多是借助攝像頭，通過(guò)視覺(jué)感官來(lái)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(jué)！團(tuán)隊(duì)研發(fā)圍繞這個(gè)目標(biāo)，開(kāi)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(jué)受限的問(wèn)題。基于多年來(lái)在仿生多模軟觸覺(jué)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(zhǎng)吳俊說(shuō)：“未來(lái)的電子皮膚不應(yīng)該只有觸覺(jué)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(jué)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(lái)將有機(jī)會(huì)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，來(lái)幫助燒傷病人用于短暫的觸覺(jué)重構(gòu)，甚至殘疾人士佩戴假肢的觸覺(jué)重構(gòu)。”
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(cè)，機(jī)器人觸覺(jué)，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(guó)家級(jí)和省部級(jí)科研平臺(tái)建設(shè)，目前是國(guó)家視覺(jué)健康與感知技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)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(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室自成立以來(lái)，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(kāi)展人才培養(yǎng)和創(chuàng)新技術(shù)開(kāi)發(fā)，與中電海康、海昌等國(guó)內(nèi)外龍頭企業(yè)開(kāi)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(wèn)題。實(shí)驗(yàn)室共主持科技部重點(diǎn)專項(xiàng)/863課題/國(guó)家自然科學(xué)基金10余項(xiàng)；授權(quán)國(guó)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）
