隨著信息化工業(yè)化的不斷融合，以機器人科技為代表的智能產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，人們期待未來能夠研發(fā)出與人和生物更加接近的仿人仿生機器人。當(dāng)前，機器人技術(shù)的發(fā)展特點和趨勢是智能化以及人與機器人的交互共融。柔性傳感器技術(shù)是機器人智能化的先決條件，其中電子皮膚及柔性圖像傳感陣列可被應(yīng)用在機器人觸覺以及視覺系統(tǒng)中直接關(guān)系到下一代機器人醫(yī)療設(shè)備人體假肢和可穿戴設(shè)備等載體的智能化和多功能化。

 電子皮膚，是一種可以讓機器人產(chǎn)生觸覺的系統(tǒng)，能像衣服一樣附著在設(shè)備表面，能夠讓機器人感知到物體的地點和方位以及硬度等信息。新型柔性傳感器的發(fā)明，使電子皮膚在具有觸覺的同時也可以感應(yīng)到周圍環(huán)境其它信息的變化，在此之前，只有真正的皮膚才擁有這樣的功能，電子產(chǎn)品沒有這樣的感知能力。最近10年里，科學(xué)家們一直在努力攻克讓電子產(chǎn)品獲得人類觸覺能力的技術(shù)。但他們最初開發(fā)的產(chǎn)品每次只能感知一個信息——比如溫度、壓力或者光照強度。研究人員一直試圖將這些感知系統(tǒng)整合到一起，但結(jié)果卻不盡如人意?，F(xiàn)在，來自中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的沈國震研究員開發(fā)出了一種多功能自驅(qū)動的“電子皮膚”，這種皮膚除了能夠像人的皮膚一樣感受到壓力外，還能夠感受到光照及環(huán)境氣體，實現(xiàn)并超越了人體皮膚功能。

柔性復(fù)合石墨烯基多功能自供電電子皮膚

 這一研究成果刊發(fā)在了最近的《納米能源》期刊上。研究的最大特點就是，傳感器可以同時檢測到微小壓力、環(huán)境氣體以及光照強度三種數(shù)據(jù)的變化,并且通過與微型超級電容器的集成實現(xiàn)了無需外部供電的自驅(qū)動一體化集成系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)電子皮膚外部供電軟硬鏈接問題，拓寬了電子皮膚的應(yīng)用范圍。而其奧秘就在于研究者所使用的是三維網(wǎng)狀石墨烯結(jié)構(gòu)。這種獨特的材料體系既能夠作為能源存儲材料，有很高的能量密度，為自驅(qū)動系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電流，同時對壓力、光照以及有毒有害氣體也具有很好的響應(yīng)。

 通過與解放軍301醫(yī)院合作，這種自驅(qū)動電子皮膚已經(jīng)被嘗試應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，實現(xiàn)對脈搏、語音等人體生理信號的實時快速檢測，通過對人體說話時喉部肌肉群運動產(chǎn)生的微弱壓力變化及脈搏波形變化分析，初步實現(xiàn)了語音識別和人體不同生理狀態(tài)的準(zhǔn)確檢測，有望在語音輔助輸出系統(tǒng)、人體健康評價和疾病前期診斷方面獲得廣泛應(yīng)用。此外，沈國震領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊還嘗試將這種電子皮膚與胃管集成，實時監(jiān)測患者胃部壓強變化，為胃部手術(shù)患者帶來福音。一些移植學(xué)人士看好這項技術(shù)，認(rèn)為它今后可以運用于皮膚移植，或用于改進沒有感知力的假肢。隨著透明和可拉伸電子皮膚的相繼出現(xiàn)，以及與新型生物傳感器的結(jié)合運用，人造電子皮膚會接近并超越人類皮膚的功能。

 除了觸覺外，視覺系統(tǒng)也是機器人系統(tǒng)組成的重要部分之一。機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉(zhuǎn)換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。目前機器人視覺系統(tǒng)多數(shù)以可見光視覺為主，這就極大的限定了機器人應(yīng)用范圍以及應(yīng)用場合。紫外視覺成像技術(shù)，作為對紫外光的重要應(yīng)用之一，在犯罪偵查、漏油探測、火災(zāi)監(jiān)控以及高壓線路檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的紫外圖像傳感器一般都是基于硅基等剛性襯底，這就決定了其本身無法彎曲、體積較大不易攜帶，無法滿足機器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用需求。與硅基器件相比，柔性紫外圖像傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、可彎曲等特點，能夠更好地與機器人的眼球相貼合，賦予機器人以紫外視覺功能，從而能大大拓展機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。

柔性紫外圖像傳感器

 近日，沈國震領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊成功研制出一種同時具備高光電導(dǎo)增益、低暗電流和快響應(yīng)速度等特點的柔性紫外圖像傳感器。該器件將對紫外光非常敏感的納米線材料制作在柔性塑料薄膜襯底上，從而具有優(yōu)異的可彎曲性和機械穩(wěn)定性。在彎曲條件下，所研制的柔性紫外圖像傳感器能夠有效地對紫外圖像進行感應(yīng)并重現(xiàn)，證明了其在高性能柔性紫外成像方面的潛在應(yīng)用，也為機器人紫外視覺系統(tǒng)的實現(xiàn)帶來了曙光。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《美國化學(xué)會·納米》上。