成本低應(yīng)用前景廣的新型柔性觸控傳感器

可彎曲、可拉伸、透明的觸控傳感器作為一項技術(shù)，將越來越廣泛的應(yīng)用于電子皮膚、可穿戴設(shè)備、柔性手持設(shè)備等領(lǐng)域。最近，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的科研人員發(fā)明了一種低成本的柔性傳感器，能夠在被拉伸、折疊、彎曲的同時，檢測手指的靠近以及輕觸。

未來的可穿戴設(shè)備、智能家電、手持設(shè)備對于觸摸屏的要求將進(jìn)一步提升，體現(xiàn)出「大尺寸化、柔性化、低價化」的趨勢。目前，用于制造可彎曲的柔性觸摸傳感器材料主要有「納米銀線、金屬網(wǎng)、納米碳管、石墨烯」等材料，我在之前的文章中對于相關(guān)材料和應(yīng)用，都有做過一些介紹，大家可以在歷史文章中進(jìn)行參閱。

相對于以往的技術(shù)，今天要介紹的這項發(fā)明，又會有哪些創(chuàng)新點呢？簡單的一句話：這是一種低成本的柔性傳感器，能在被拉伸、折疊、彎曲的同時，檢測手指的靠近以及輕觸。

英屬哥倫比亞大學(xué)電氣和計算機工程系的博士生研究員 Mirza Saquib Sarwar 這么說：

“有些傳感器可以檢測壓力，例如iPhone 的 3D Touch功能，而另外一些則可以檢測空中懸停的手指，例如三星的 AirView 功能。同樣，也有一些傳感器是可折疊的、透明的和可拉伸的。而我們的貢獻(xiàn)是將所有這些功能集成到一個小型設(shè)備中?！?/p>

首先，科學(xué)家們選用了兩種廉價且充裕的材料：「水凝膠和硅膠」。這兩種材料是透明的，并且適合使用大面積制造工藝技術(shù)生產(chǎn)。然后，他們利用可拉伸的離子導(dǎo)電水凝膠電極，夾在硅膠層中間，形成一個4 × 4的交叉網(wǎng)格傳感器陣列，并且在傳感器的上方可以制造出一個磁場，檢測和感知手指的靠近。

當(dāng)手指靠近該傳感器陣列達(dá)幾厘米的距離時，傳感器就會檢測到手指的運動。如果用手指輕觸傳感器，那么會使得局部電容減少15%。所以，該傳感器陣列可以有效監(jiān)測手指運動例如滑動和點擊，也可以進(jìn)行多手指檢測。關(guān)鍵是，所有這些監(jiān)測都可以發(fā)生在傳感器被拉伸、折疊、彎曲的同時。這對于未來的可穿戴設(shè)備來說，是一項極其重要的功能。

對于該傳感器原型的描述的論文，發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》雜志。該產(chǎn)品的最重要的創(chuàng)新和應(yīng)用價值之一，就是其低成本。

對此，Sarwar 說：“設(shè)計一個房間大小的傳感器版本，造價每平方米一美元，這是完全有可能的。傳感器可以放置在墻上、地板上、或者身體表面，任何需要透明、可拉伸的觸摸屏的地方。而且，它的制造成本低，所以可經(jīng)濟(jì)地嵌入到一次性的可穿戴設(shè)備中，例如健康監(jiān)測器?！?/p>

Sarwar 的導(dǎo)師、英屬哥倫比亞大學(xué)應(yīng)用科學(xué)系的教授 John Madden 認(rèn)為，傳感器也可以集成到機器“皮膚”中，應(yīng)用于機器人領(lǐng)域，讓人機交互更加安全。他說：

“目前，機器在車間中和人類處于分離的狀態(tài)，是因為這些機器有可能損傷人類。但是如果機器人能夠檢測到我們的出現(xiàn)，并且足夠柔軟，他們就不會在交互時損傷我們，我們可以與之安全地交換工具，它們可以撿起物體而不損傷我們，也可以安全地探測它們周圍的環(huán)境?！?/p>

最終，這個方案未來還可以修改用于檢測距離、觸摸、壓力甚至傳感器表面的構(gòu)造。所以，未來這項技術(shù)勢必可以在電子皮膚、可穿戴設(shè)備、柔性手持設(shè)備、醫(yī)療電子等領(lǐng)域大顯身手。