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上海硅酸鹽所在仿皮膚柔性傳感用于盲文智能識別研究中取得進展
發布時間: 2020-01-04 14:02 | 【 【打印】【關閉】

  近日,中國科學院上海硅酸鹽研究所王家成研究員(通訊作者)和復旦大學微電子學院盧紅亮教授(通訊作者)和張衛教授(通訊作者)研制了一種仿皮膚式柔性壓力傳感器,基于此傳感器,有望實現盲文的智能識別。該研究成果以“A Skin-Like Sensor for Intelligent Braille Recognition”為題發表在國際著名期刊Nano Energy上(doi: 10.1016/j.nanoen.2019.104346,IF=15.548)。上海硅酸鹽所-復旦大學聯合培養博士生趙學峰為該論文第一作者。    

  視障人士尤其是盲人信息獲取障礙問題是當今社會關注的熱點之一。根據世界衛生組織公布的數據,全世界盲人總數約為4000萬,其中中國是盲人人數最多的國家。盲文是視障人士和盲人的一種重要的交流工具,在現有的盲文識別方法中,盲文特征點的提取通常是手工進行的,費時費力,無法保證提取特征的有效性,同時識別精度往往很低,抗干擾能力也較差。因此,開發一種高精度、實用的盲文識別裝置具有重要意義。隨著柔性電子技術的發展,可穿戴設備、仿生電子皮膚等智能傳感領域逐漸成為研究者的探索熱點,柔性傳感技術的實現顛覆了人們對傳統傳感器件形態和功能的認知。其中,電子皮膚是通過電學信號的集成與反饋來模擬人體皮膚感受外界刺激(壓力、溫度、濕度)的新型電子器件。    

  在該研究中,基于人體皮膚結構,科研人員提出了一種仿皮膚式的柔性壓力傳感器,并將其應用于智能盲文識別。該傳感器由三個主要部分組成,分別對應于人體皮膚的三個部分(表皮、真皮和皮下組織)。頂部基質為荷葉棘突隨機高斯分布的力信號感知層,與表皮結構形態相似。這種微結構對于提高靈敏度、測量和識別弱力是必不可少的。中間導電填料為力信號處理層,由多層Ti2C-MXene膜形成,可在外力加載和卸載下壓縮和釋放。底部基板是力信號轉換層,其能夠將力信號轉換為電信號。利用COMSOL多物理模擬和密度泛函理論(DFT)計算,闡明了高斯隨機分布棘突和Ti2C-MXene膜在柔性觸覺傳感器中的作用機理。該傳感器靈敏度可達507 kPa?1,顯著優于報道的其他同類器件。此外,利用隨機森林算法(RDFA),首次實現了實時盲文的有效識別。未來,該研究團隊將進一步開展大面積、高靈敏、高分辨、自供能傳感器件的研究應用,努力實現柔性傳感器件的產業化、實用化。這將有助于推動機器人、可穿戴領域的快速發展。     

  附文章鏈接: 

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

仿皮膚式傳感器的設計概念和合成過程

隨機高斯分布棘突的力感知機制

Ti2C-MXene的表征及作用機理

仿皮膚式傳感器陣列在地形掃描儀中的應用

基于隨機森林算法的傳感器陣列實現盲文實時識別

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