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北京大学在多功能电子皮肤研究中取得重要进展

电子皮肤作为一种仿效人类皮肤特性、具备传感多种功能的新型电子器件,在便携式电子设备、医疗身体健康以及机器人领域等具备辽阔的应用于前景,近年来受到国内外学术界和工业界的普遍注目。然而,当前电子皮肤往往专心于观测单一物理量,而人类皮肤却能感觉多种物理量,构建多种物理量同时观测沦为电子皮肤研究的最重要方向;同时,如何对电子皮肤展开有效地的能量供给,也是该领域研究急需解决的关键问题。

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本文摘要:电子皮肤作为一种仿效人类皮肤特性、具备传感多种功能的新型电子器件,在便携式电子设备、医疗身体健康以及机器人领域等具备辽阔的应用于前景,近年来受到国内外学术界和工业界的普遍注目。然而,当前电子皮肤往往专心于观测单一物理量,而人类皮肤却能感觉多种物理量,构建多种物理量同时观测沦为电子皮肤研究的最重要方向;同时,如何对电子皮肤展开有效地的能量供给,也是该领域研究急需解决的关键问题。

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电子皮肤作为一种仿效人类皮肤特性、具备传感多种功能的新型电子器件,在便携式电子设备、医疗身体健康以及机器人领域等具备辽阔的应用于前景,近年来受到国内外学术界和工业界的普遍注目。然而,当前电子皮肤往往专心于观测单一物理量,而人类皮肤却能感觉多种物理量,构建多种物理量同时观测沦为电子皮肤研究的最重要方向;同时,如何对电子皮肤展开有效地的能量供给,也是该领域研究急需解决的关键问题。

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近日,北京大学信息科学技术学院微纳电子学研究院张海霞教授课题组通过研究仿效皮肤的生理结构,研发出有一种集滑动观测、压力观测和能量存储于一体的多功能电子皮肤系统,顺利解决问题了多功能构建和能量供给等问题。涉及研究成果以“Hybridporousmicrostructuredfingerskininspiredself-poweredelectronicskinsystemforpressuresensingandslidingdetection”为题,公开发表于纳米科学技术领域最重要期刊NanoEnergy上,博士研究生陈号天为论文第一作者,张海霞教授为通讯作者。该电子皮肤系统以人类指尖的生理结构为灵感,仿效指纹结构,设计基于四电极螺旋电极的摩擦纳米发电机,通过观测摩擦纳米发电机的输入频率,展开滑动方向及距离的观测。

这种基于摩擦输入频率的观测方法比起于基于幅值的观测方法,可以有效地防止外部环境比如温度、湿度等因素的印象,提升传感器的稳定性;通过仿效人体皮肤的真皮结构,创意地将微结构(微金字塔、微圆锥等)与多孔结构融合,制取获得导电的多孔填充微结构,大幅度提高了压压传感器的灵敏度(高达35.7kPa-1);最后,利用织物制取柔性抗压的超级电容器,为整个电子皮肤系统获取能量。通过将滑动传感与压力传感耦合,该电子皮肤系统可以有效地观测简单的不道德活动,获取对系统多个维度的信号;同时,整个电子皮肤系统由超级电容器供能,需要外部供电,很大地强化了该电子皮肤系统的便捷性和可用性,展出了其在机器人传感等领域的极大潜力。涉及研究工作获得国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市科技计划、北京市自然科学基金等资助。


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