深圳本地企业，推出全球首款最高性价比新型电子皮肤技术，带来智能化产品的变革
2016-11-04 11:22:01   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

作者：瑞湖科技；重庆邮电大学/赖均博士

电子皮肤(E-skin)的相关技术是当前结合电子、机械、医学、材料、化学等领域技术的研究热点。电子皮肤可应用于机器人、人体假肢、VR虚拟现实的装备、可穿戴的智能化产品。华人鲍教授因在人造电子皮肤领域取得重大进展，被2015年12月Nature评选为影响未来的10大科学家之一。由此，可以看到电子皮肤相关技术的进步，对世界未来的生活将会带来革命性的变化。瑞湖科技推出的电子皮肤柔性触觉传感器，实现了低成本、高灵敏度、长寿命、一致性好、易于生产的目标。

图1 市面上的电子皮肤类型及特点

目前市面上的电子皮肤主要主要分为三大类：

一、压电薄膜式。国外研发人员对压电薄膜这种很偏爱，这主要是因为压电树脂具有均匀的压电性能，动态应力敏感性强，且具有较好的韧性和较强的弹性，体积大小可根据需求改变。缺点是价格较贵，不能检测静态的应力，如果碰触，碰到后不动，就没法识别了。

二、压敏电阻式。国内有很多专利都属于压敏电阻式，如图1中锯齿状图案，纳米碳管薄膜作为导电层，有一定的透光性，压力改变两个导电层的接触面积，改变接触电阻的阻值。

另外还有用压敏导电橡胶的方式，大多通过将碳纳米管和石墨烯填充到柔性基底中制备出的压阻型敏感元件，无论在精准度和成本消耗上都有着一定的优势，因而也备受国内研究人员的青睐。缺点是：它们的一致性不好，压力和电阻值之间的曲线是非线性的；两个导电层之间需要保持一定距离，按压久了就会像海绵被压缩，无法回弹。

三、电容式是新的研究方向，在两层导电膜之间可以是高弹性的胶体，也可以是充满炭黑硅橡胶的复合弹性介质。

图2 传感器机理

式中：ε0为真空介电常数，εe为复合电介质有效介电常数，其值是关于炭黑在基体中浓度的函数，A为电容式压敏单元极板等效面积，d为极板间距。

压敏单元受力被压缩，极板间距d减小、有效介电常数εe增加，使得输出电容C增加，二者协同作用提高了触觉传感器的灵敏度。缺点是电容式跟压敏电阻式一样存在非线性的问题，检测电路更复杂，也存在温度漂移的问题。

深圳瑞湖科技有限公司是一家深圳本土的初创公司，成功研发了基于应变片原理的电子皮肤柔性触觉传感器（如图3），不同于前面三种形式。它是纯粹检测薄膜形变的技术，压力会导致薄膜变形，感应器会根据弯曲形变的大小，输出线性的电压值。（如图4）做到了非常高的应变系数，和应变范围；可以弯曲为10mm直径的圆，柔韧性非常好。

图3 传感器电原理图

图4 电子皮肤形变示意图

瑞湖科技的电子皮肤是将高敏感的石墨烯复合材料涂布在PET薄膜表面，厚度只有0.3mm，瑞湖科技的电子皮肤应用时，只需在两面增加橡胶皮，作为保护层，和弹性体。当有压力时，橡胶皮会发生形变，带动感应薄膜变形，从而让感应器输出不同的电压。图5中3为橡胶皮，2是感应器薄膜，1是粘合的3M泡面胶。

图5 电子皮肤结构

佩戴了瑞湖电子皮肤的扫地机器人，能够较好地实现扫地过程中的自动碰撞检测，检测是否碰到墙壁。在行走机器人项目上，客户将本技术用于足底压力检测，检测到地面是否平整，从而改变重心，避免机器人倾倒。

瑞湖科技的电子皮肤除了可以解决机器人的应用痛点外，我们也在如下领域与客户展开了深度的开发合作：

一、汽车：无人驾驶模式和有人驾驶模式的切换检测。车道保持功能也需要检测人手是否握住方向盘。检测司机驾驶掌握方向的情况，可以及时发现是否因为睡着了而松开方向盘。

二、智能运动：在智能鞋垫，服饰上，检测跑步时脚掌的受力情况，指导用户合理地纠正跑步姿势，提高运动效果并减少对关节的损伤。

三、智能家居：应用于桌椅、长凳上，检测如是否有人坐在凳子上。

四、生产自动化：在机械手臂的握力检测，能使机械手臂屈伸时检测是否抓到杯子，而不会把被子抓坏，也不会因为抓力不够，导致杯子滑落。

五、智能交通：流量检测，交通触发，违章停车等应用。

六、其它：电梯、地铁的关门检测感应器。

瑞湖科技已拥有多项专利，可以提供包括检测芯片、检测模块在内的整套解决方案。并提供PC调试、软件工具，使用户能够可根据自己的应用需求，灵活配置相关功能及灵敏度。

瑞湖科技推出电子皮肤开发硬件系统与软件开发包，包含如图六柔性触觉传感器一个，控制板开发一块（如图7），PC软件（如图8）。

图6 柔性触觉传感器外形

图7 开发控制板

图8 开发软件包工作界面

更详细资料请查询www.ruihutech.com以及电子皮肤开发包购买。

瑞湖科技欢迎各种形式的合作，探索更多电子皮肤的细分应用。