半導(dǎo)體所在人造仿生電子皮膚研究方面取得新進(jìn)展

　　電子皮膚即新型可穿戴柔性仿生觸覺(jué)傳感器，是一種用于實(shí)現(xiàn)仿人類觸覺(jué)感知功能的人造柔性電子器件。該類器件在消費(fèi)電子、軍事、醫(yī)療健康等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力。相對(duì)于聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)而言，觸覺(jué)感官的模仿十分困難，因?yàn)槟M觸摸感覺(jué)需要發(fā)展高空間分辨率、高靈敏度、快速響應(yīng)和大尺寸的壓力傳感器陣列，并且為了模仿自然皮膚的觸覺(jué)感知特性，必須發(fā)展大面積柔性高像素力傳感器陣列。新型可穿戴柔性仿生觸覺(jué)傳感器的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提供了一種全新的交互手段，不僅更加符合人類對(duì)于細(xì)微虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的操作習(xí)慣，同時(shí)也更好地適應(yīng)了人類較為敏感的外部神經(jīng)，以達(dá)到更好的體驗(yàn)感和交互性，是一種非常接近真實(shí)自然的三維交互手段。

　　最近，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈國(guó)震課題組與中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院教授姜?jiǎng)P合作，成功研制出一種基于石墨烯材料的新型柔性觸覺(jué)傳感器，實(shí)現(xiàn)了類似人體皮膚功能，可快速感知微小壓力變化，從而構(gòu)筑了具有高靈敏度和高穩(wěn)定性的人造仿生電子皮膚。該器件具有極好的傳感特性，其靈敏度能夠達(dá)到15.6 kPa-1，響應(yīng)時(shí)間在5 ms, 可循環(huán)工作10萬(wàn)次以上。即使對(duì)輕如一根羽毛、一粒大米等物體所帶來(lái)的壓力變化也具有很好的響應(yīng)。這種仿生電子皮膚已經(jīng)被嘗試應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)室目前將該仿生電子皮膚應(yīng)用于對(duì)脈搏、語(yǔ)音等人體生理信號(hào)的實(shí)時(shí)快速檢測(cè)，通過(guò)對(duì)人體說(shuō)話時(shí)喉部肌肉群運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析，初步實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音識(shí)別和人體不同生理狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測(cè)，有望在語(yǔ)音輔助輸出系統(tǒng)、人體健康評(píng)價(jià)和疾病前期診斷方面獲得廣泛應(yīng)用。同時(shí)為了進(jìn)一步模擬人體觸覺(jué)感覺(jué)，實(shí)驗(yàn)室制備出大尺寸觸覺(jué)傳感器陣列，成功模擬出不同物體力的分布。

　　該項(xiàng)工作為電子皮膚、可穿戴人體健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了一個(gè)新的思路。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，有希望突破傳統(tǒng)柔性多維觸覺(jué)陣列傳感器由多個(gè)觸覺(jué)傳感器單元組成的組合式陣列等結(jié)構(gòu)形式。從而實(shí)現(xiàn)柔性多維陣列觸覺(jué)傳感器既具有類似于人體皮膚的柔韌性，又具有獲取三維方向力信息的功能。該項(xiàng)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。研究成果發(fā)表在Nano Energy (DOI: 10.1016/j.nanoen.2016.02.053)期刊上。