以下文章來源于慧博資訊 ,作者魏爾德2.4
電子皮膚是新型的仿生柔性觸覺傳感系統(tǒng),在人形機(jī)器人與外界感知的過程中起到至關(guān)重要的作用。傳感技術(shù)是機(jī)器人感知環(huán)境的基礎(chǔ),觸覺傳感器可以通過物理接觸獲得物體表面的相關(guān)特性,并將外界的信號(hào)轉(zhuǎn)化為物理信號(hào)。柔性傳感器是觸覺傳感器的一個(gè)子集,是一類特殊的傳感器,在電子皮膚的應(yīng)用中扮演著至關(guān)重要的角色。國內(nèi)部分廠商擁有柔性觸覺傳感器生產(chǎn)布局,均處于早期階段,多功能柔性觸覺傳感技術(shù)仍是國內(nèi)“卡脖子”技術(shù)。人形機(jī)器人的需求驅(qū)動(dòng)有望帶來電子皮膚的大規(guī)模應(yīng)用,加速國產(chǎn)品牌技術(shù)進(jìn)階。
圍繞電子皮膚,我們來了解其功能特性、結(jié)構(gòu)組成及工作原理、技術(shù)難點(diǎn)能問題,而柔性觸覺傳感器作為電子皮膚中最重要的傳感器件,將作為研究重點(diǎn)進(jìn)行討論,柔性傳感器結(jié)構(gòu)及材料構(gòu)成、制造技術(shù)都有哪些,當(dāng)前國際競(jìng)爭(zhēng)格局是怎樣的,市場(chǎng)規(guī)模有多大,人形機(jī)器人的需求驅(qū)動(dòng)能帶來的新增量有多大,相關(guān)公司又有哪些,下面我們來詳細(xì)了解這些問題。
01 電子皮膚概述
1.生物皮膚與電子皮膚
皮膚是人體與外界環(huán)境交流的橋梁。皮膚是人體最大的器官,其重量約占人體體重的16%,成人皮膚平均總面積約為1.5m2。人體通過皮膚感知外界壓力和溫度,感受物體的表面形狀質(zhì)地,具有保護(hù)、排泄、調(diào)節(jié)體溫和感受外界刺激等功能。人類皮膚由表皮層、真皮層和皮下組織構(gòu)成,并由復(fù)雜的血管神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接。
人類皮膚具有延展性、自愈能力、高機(jī)械韌性、觸覺感知能力等特性,電子皮膚(E-skin)是一種模仿自然皮膚功能的創(chuàng)新技術(shù)。電子皮膚的核心在于使用先進(jìn)的電子和材料科學(xué)技術(shù)來制造出能夠感知環(huán)境變化的靈敏表面。電子皮膚結(jié)合了柔性電子、納米技術(shù)和智能材料,旨在模擬自然皮膚的觸覺、溫度和壓力感應(yīng)等功能。這種技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)測(cè)、先進(jìn)的假肢設(shè)計(jì)、機(jī)器人技術(shù)和人機(jī)交互等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
2.電子皮膚特性
電子皮膚的關(guān)鍵特性包括下面五個(gè)方面:
(1)靈敏性
電子皮膚通過集成的微型傳感器陣列,能夠精準(zhǔn)地感知和響應(yīng)微小的壓力、溫度和觸覺變化。這些傳感器利用電阻、電容或其它電學(xué)特性的變化來檢測(cè)外部刺激,從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的感應(yīng)。
(2)伸展性和柔韌性
為了模仿自然皮膚的伸展性,電子皮膚使用了特殊的柔性材料,如硅橡膠、聚合物或納米復(fù)合材料。這些材料能夠在拉伸、彎曲或扭曲時(shí)保持其電子特性和功能。
(3)自愈性
某些高級(jí)電子皮膚設(shè)計(jì)包括自愈功能,能夠在受到物理損傷后自動(dòng)修復(fù)其結(jié)構(gòu)和功能。這通常通過使用特殊的化學(xué)成分或微膠囊技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
(4)可穿戴性和透氣性
電子皮膚在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)可穿戴性和對(duì)皮膚的透氣性,以確保長(zhǎng)時(shí)間佩戴的舒適性。通過微孔設(shè)計(jì)和輕薄材料的使用,電子皮膚可以有效地允許空氣和水分通過,減少對(duì)皮膚的刺激。
(5)生物兼容性
在醫(yī)療應(yīng)用中,電子皮膚的材料和設(shè)計(jì)必須確保與人體皮膚的兼容性,避免引起過敏反應(yīng)或其他不良反應(yīng)。這要求使用經(jīng)過認(rèn)證的生物相容材料,并考慮到長(zhǎng)期與皮膚接觸的影響。
3.電子皮膚主要組成結(jié)構(gòu)
電子皮膚(E-skin)是一種先進(jìn)的技術(shù),它模仿了人類皮膚的功能,能夠感知環(huán)境中的不同類型的刺激。這種技術(shù)在醫(yī)療、機(jī)器人和可穿戴設(shè)備領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。下面是?duì)電子皮膚主要組成結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述: