随着信息化工业化的不断融合，以机器人科技为代表的智能产业蓬勃兴起，人们期待未来能够研发出与人和生物更加接近的仿人仿生机器人。当前，机器人技术的发展特点和趋势是智能化以及人与机器人的交互共融。柔性传感器技术是机器人智能化的先决条件，其中电子皮肤及柔性图像传感阵列可被应用在机器人触觉以及视觉系统中直接关系到下一代机器人医疗设备人体假肢和可穿戴设备等载体的智能化和多功能化。
电子皮肤，是一种可以让机器人产生触觉的系统，能像衣服一样附着在设备表面，能够让机器人感知到物体的地点和方位以及硬度等信息。新型柔性传感器的发明，使电子皮肤在具有触觉的同时也可以感应到周围环境其它信息的变化，在此之前，只有真正的皮肤才拥有这样的功能，电子产品没有这样的感知能力。最近10年里，科学家们一直在努力攻克让电子产品获得人类触觉能力的技术。但他们最初开发的产品每次只能感知一个信息——比如温度、压力或者光照强度。研究人员一直试图将这些感知系统整合到一起，但结果却不尽如人意。现在，来自中国科学院半导体研究所的沈国震研究员开发出了一种多功能自驱动的“电子皮肤”，这种皮肤除了能够像人的皮肤一样感受到压力外，还能够感受到光照及环境气体，实现并超越了人体皮肤功能。
柔性复合石墨烯基多功能自供电电子皮肤
这一研究成果刊发在了最近的《纳米能源》期刊上。研究的最大特点就是，传感器可以同时检测到微小压力、环境气体以及光照强度三种数据的变化,并且通过与微型超级电容器的集成实现了无需外部供电的自驱动一体化集成系统，解决了传统电子皮肤外部供电软硬链接问题，拓宽了电子皮肤的应用范围。而其奥秘就在于研究者所使用的是三维网状石墨烯结构。这种独特的材料体系既能够作为能源存储材料，有很高的能量密度，为自驱动系统提供稳定的电流，同时对压力、光照以及有毒有害气体也具有很好的响应。
通过与解放军301医院合作，这种自驱动电子皮肤已经被尝试应用在医学领域，实现对脉搏、语音等人体生理信号的实时快速检测，通过对人体说话时喉部肌肉群运动产生的微弱压力变化及脉搏波形变化分析，初步实现了语音识别和人体不同生理状态的准确检测，有望在语音辅助输出系统、人体健康评价和疾病前期诊断方面获得广泛应用。此外，沈国震领导的研究团队还尝试将这种电子皮肤与胃管集成，实时监测患者胃部压强变化，为胃部手术患者带来福音。一些移植学人士看好这项技术，认为它今后可以运用于皮肤移植，或用于改进没有感知力的假肢。随着透明和可拉伸电子皮肤的相继出现，以及与新型生物传感器的结合运用，人造电子皮肤会接近并超越人类皮肤的功能。
除了触觉外，视觉系统也是机器人系统组成的重要部分之一。机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的二维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确定其位置。目前机器人视觉系统多数以可见光视觉为主，这就极大的限定了机器人应用范围以及应用场合。紫外视觉成像技术，作为对紫外光的重要应用之一，在犯罪侦查、漏油探测、火灾监控以及高压线路检测等领域有着广泛的应用。然而传统的紫外图像传感器一般都是基于硅基等刚性衬底，这就决定了其本身无法弯曲、体积较大不易携带，无法满足机器人视觉系统的应用需求。与硅基器件相比，柔性紫外图像传感器具有体积小、质量轻、可弯曲等特点，能够更好地与机器人的眼球相贴合，赋予机器人以紫外视觉功能，从而能大大拓展机器人的应用领域。
柔性紫外图像传感器
近日，沈国震领导的研究团队成功研制出一种同时具备高光电导增益、低暗电流和快响应速度等特点的柔性紫外图像传感器。该器件将对紫外光非常敏感的纳米线材料制作在柔性塑料薄膜衬底上，从而具有优异的可弯曲性和机械稳定性。在弯曲条件下，所研制的柔性紫外图像传感器能够有效地对紫外图像进行感应并重现，证明了其在高性能柔性紫外成像方面的潜在应用，也为机器人紫外视觉系统的实现带来了曙光。相关研究成果近日发表在《美国化学会·纳米》上。
