柔性电子皮肤多维感知传感机理及集成实现方法

基本信息
批准号:51735007
项目类别:重点项目
资助金额:307.00
负责人:朱荣
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2017
结题年份:2022
起止时间:2018-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵嘉昊,杨兴,马骋,赵帅,宗仙丽,柳世强,张祉仲,蒋鹏,付钰
关键词:
柔性传感器柔性电子制造工艺可穿戴电子柔性电子电子皮肤
结项摘要

Flexible sensory skin is a smart electronics to mimic human skin sensation, which can be applied for medical health, smart robots and etc. Research of flexible biomimetic skin has become one of frontier fields. One of basic sensing functions for flexible sensory skin is tactile sensing. However, it generally needs multiple sensing functions. Up to date, flexible sensory skin has limited integration with only pressure and temperature sensing capabilities. In view of human skin with capability of perceiving multiple stimuli, such as pressure, temperature, wind flow, and attached material, developing a flexible, simple, highly-sensitive, highly-integrated electronic skin is crucial in recent researches. In this project, we propose to develop a novel flexible electronic skin based on thermosensation and explore a comprehensive methodology of integrating multiple sensing functions. We will conduct a theoretic research on multiple-physics coupling effects in boundary layer to explore the new transducer mechanism from pressure to temperature by an elastomer. And then we will develop a flexible electronic skin with multiple sensing functions integrating pressure sensor, temperature sensor, wind detector, and matter discriminator. Several key technologies including micro/nano system design, flexible fabrication, and multimodal measurement will be investigated thoroughly in the project. Finally, the developed e-skin will be applied to health monitoring and intelligent robots.

柔性电子皮肤是实现仿人类感知的智能电子系统,在医疗健康、智能机器人等领域应用潜力巨大,已成为当今重要前沿研究方向之一。触觉感知是柔性电子皮肤最基本功能,但不局限于对单一触觉物理量获取,而是对触觉信息的多维感知。现有柔性电子皮肤功能集成还十分有限,常规只含有压力和温度测量,难以实现多维感知集成。而鉴于人类皮肤具有丰富的感知功能,能够感知如压力、温度、风场以及接触物等信息,因此实现一种可柔性、结构简单、灵敏度高、易集成的多功能柔性电子皮肤非常关键。本项目旨在研究新型多功能柔性电子皮肤,创新地提出一种基于热感应原理的力传感机制,实现高灵敏、高集成、易批量制造的柔性触觉传感,将热式压力传感阵列、温场传感阵列和流场/物质传感阵列巧妙地单片集成,实现集触感、温感、风感和接触物感为一体的多维感知柔性电子皮肤,突破微纳集成设计、柔性制造、多模检测的关键技术,进一步开展健康监测和智能机器人应用基础研究。

项目摘要

本项目瞄准医疗健康和机器人对柔性仿生电子在高集成度和多功能感知上的应用需要,探索多维信息感知集成设计、加工、测量和智能控制的新原理和新方法,研制集触感、温感、风感和接触物感为一体的多维感知柔性电子皮肤,为先进医疗健康装备和智能机器人提供新理论、新方法和新技术。. 本项目提出“压热感知”新传感原理,揭示材料导热系数随压力变化的“压热转换”机制,提出掺杂型、多孔型、串联型的压热复合功能材料结构体系,建立压热传感理论模型;完成了柔性多维感知系统集成设计方法研究,提出基于统一热感应的柔性多维传感新原理,利用热敏膜与外界传导/对流换热对自身电阻的调控,实现压力、温度、流场、热物性等参数的集成测量,研制出多维感知柔性电子皮肤;针对医疗健康和智能机器人,开展面向应用的多维感知器件和集成系统的定制化设计,研制出多种具有优良性能和特色应用的柔性传感器和集成系统,如:穿戴式脉诊传感器、人体运动监测装备、机器人触觉感知系统和电子皮肤等新型装备,实现了多维感知原理和集成实现方法的应用验证。. 本项目在柔性感知理论、多维感知集成方法和智能应用上均取得原创性突破,形成一套自主原创的柔性多感知传感系统理论和集成方法,突破了多功能集成、交叉耦合、简单结构、功能扩展等方面的技术瓶颈,研究成果已经在智能机器人和健康监测等应用领域发挥重要作用。. 本项目取得丰硕成果,已发表学术论文30篇,包括在《Nature Communications》、《Science Robotics》、《Advanced Functional Materials》、《Advanced Science》等高影响力学术期刊发表SCI论文24篇。荣获世界人工智能大会青年优秀论文奖、国际会议Transducers优秀论文奖、中国仪器仪表学会全国优秀博士学位论文奖、上银优秀机械博士论文奖、清华大学优秀博士和硕士学位论文奖等多个国内外奖项,培养了一批优秀青年人才。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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