上海硅酸盐所在仿皮肤柔性传感用于盲文智能识别研究中取得进展

  • 图/文 上海硅酸盐所 (中国科学院上海硅酸盐研究所)
  • 创建于 2020-01-06
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       12月30日,中国科学院上海硅酸盐研究所王家成研究员(通讯作者)和复旦大学微电子学院卢红亮教授(通讯作者)和张卫教授(通讯作者)研制了一种仿皮肤式柔性压力传感器,基于此传感器,有望实现盲文的智能识别。该研究成果以“A Skin-Like Sensor for Intelligent Braille Recognition”为题发表在国际著名期刊Nano Energy上(doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104346,IF=15.548)。上海硅酸盐所-复旦大学联合培养博士生赵学峰为该论文第一作者。    

  视障人士尤其是盲人信息获取障碍问题是当今社会关注的热点之一。根据世界卫生组织公布的数据,全世界盲人总数约为4000万,其中中国是盲人人数最多的国家。盲文是视障人士和盲人的一种重要的交流工具,在现有的盲文识别方法中,盲文特征点的提取通常是手工进行的,费时费力,无法保证提取特征的有效性,同时识别精度往往很低,抗干扰能力也较差。因此,开发一种高精度、实用的盲文识别装置具有重要意义。随着柔性电子技术的发展,可穿戴设备、仿生电子皮肤等智能传感领域逐渐成为研究者的探索热点,柔性传感技术的实现颠覆了人们对传统传感器件形态和功能的认知。其中,电子皮肤是通过电学信号的集成与反馈来模拟人体皮肤感受外界刺激(压力、温度、湿度)的新型电子器件。    

  在该研究中,基于人体皮肤结构,科研人员提出了一种仿皮肤式的柔性压力传感器,并将其应用于智能盲文识别。该传感器由三个主要部分组成,分别对应于人体皮肤的三个部分(表皮、真皮和皮下组织)。顶部基质为荷叶棘突随机高斯分布的力信号感知层,与表皮结构形态相似。这种微结构对于提高灵敏度、测量和识别弱力是必不可少的。中间导电填料为力信号处理层,由多层Ti2C-MXene膜形成,可在外力加载和卸载下压缩和释放。底部基板是力信号转换层,其能够将力信号转换为电信号。利用COMSOL多物理模拟和密度泛函理论(DFT)计算,阐明了高斯随机分布棘突和Ti2C-MXene膜在柔性触觉传感器中的作用机理。该传感器灵敏度可达507 kPa?1,显著优于报道的其他同类器件。此外,利用随机森林算法(RDFA),首次实现了实时盲文的有效识别。未来,该研究团队将进一步开展大面积、高灵敏、高分辨、自供能传感器件的研究应用,努力实现柔性传感器件的产业化、实用化。这将有助于推动机器人、可穿戴领域的快速发展。     

  附文章链接: 

  https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/abs/pii/S2211285519310535 


仿皮肤式传感器的设计概念和合成过程


随机高斯分布棘突的力感知机制


Ti2C-MXene的表征及作用机理

责任编辑:余玉婷