近年來，快速發(fā)展的多功能電子皮膚因在柔性襯底上集成多種傳感器件受到了大家的廣泛關(guān)注。在所有的傳感功能中，運(yùn)動(dòng)作為人機(jī)交互最簡單有效的方式，因此運(yùn)動(dòng)感知是人工智能最重要的功能之一。目前大多數(shù)運(yùn)動(dòng)感知研究都是基于獨(dú)立的壓力傳感單元，然后再將其集成到數(shù)字陣列中。但是在這樣的設(shè)計(jì)中為了提高感知分辨率，通常需要較多的傳感單元，導(dǎo)致電極數(shù)量會急劇增多且需要持續(xù)的能源供應(yīng)。如何解決這類器件的能源供應(yīng)與電極數(shù)量是多功能電子皮膚推向?qū)嶋H應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵。
【研究成果】
最近，北京大學(xué)信科學(xué)院張海霞教授課題組利用柔性襯底上的噴涂工藝以及靜電紡絲工藝，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少傳感電極并巧妙集成壓力器件，發(fā)明了一種自供能智能防偽簽名電子皮膚系統(tǒng)。相關(guān)成果以“Self-Powered Multifunctional Electronic Skin forSmart Anti-Counterfeiting Signature System”為題發(fā)表于《ACS AppliedMaterials & Interfaces》期刊上。其中，博士研究生郭行為論文第一作者，韓夢迪和張海霞教授為共同通訊作者。該項(xiàng)工作通過使用銀納米線（AgNWs）噴涂工藝和電紡絲工藝在柔性襯底上獲得了圖案化電極和高質(zhì)量的壓電納米纖維膜。該自供能電子皮膚主要由兩個(gè)部分組成（摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）和壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG））。當(dāng)運(yùn)動(dòng)物體在器件表面上移動(dòng)時(shí)，可以在無需外界供能的情況下利用摩擦電信號和壓電信號同時(shí)獲取運(yùn)動(dòng)信息（例如軌跡、速度、壓力等）。通過這種方式，該自供能多功能電子皮膚可以實(shí)現(xiàn)智能防偽系統(tǒng)，并在100毫秒的誤差范圍內(nèi)準(zhǔn)確識別人們的書寫習(xí)慣，因此在人機(jī)交互和智能識別方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
多功能電子皮膚的結(jié)構(gòu)和制造過程
電子皮膚的工作原理圖
用于實(shí)時(shí)檢測壓力的PENG部分
智能防偽簽名系統(tǒng)
參考文獻(xiàn)
Guo, Hang, et al.”Self-Powered Multifunctional Electronic Skin for SmartAnti-Counterfeiting Signature System.”?ACS Applied Materials &Interfaces?(2020).
全文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.0c03510
【相關(guān)鏈接】
張海霞教授課題組長期從事于自供電微系統(tǒng)、主動(dòng)式電子皮膚、微能量采集等領(lǐng)域的研究，相關(guān)成果包括：
非接觸式自供能位移傳感
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519300291
摩擦發(fā)電機(jī)的電源管理電路設(shè)計(jì)
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285517303518
敏感汗液監(jiān)測系統(tǒng)
