科學家們展示了一種創新方法 -- 無需使用專用觸摸傳感器的觸摸和近距離感應功能的電子皮膚

復制人類的觸摸感是很復雜的——電子皮膚需要柔軟、有彈性、且對溫度、壓力和質地敏感；它們需要能夠讀取生物數據并提供電子讀數。因此，如何為電子皮膚供電以連續實時使用是一個很大的挑戰。

為了解決這個問題，格拉斯哥大學的研究人員開發了一種由微型太陽能電池制成的無需專用觸摸傳感器的電能發電電子皮膚。太陽能電池不僅產生自己的能量而且還為觸摸和接近感應提供觸覺功能。他們發現的早期觀點論文發表在IEEE Transactions on Robotics上。

當暴露在光源下時，s-skin上的太陽能電池產生能量。如果被附近的物體遮擋，光的強度以及因此產生的能量會降低，當機械臂與物體接觸并確認觸摸時，其強度會降低至零。在這樣的模式下，光強度會告訴您對象相對于單元的距離。格拉斯哥大學James Watt工程學院可彎曲電子和傳感技術（Bendable Electronics and Sensing Technologies，BEST）小組的Ravinder Dahiy說：“你可以實時比較光強度……校準后找出距離。”研究小組使用紅外線LED和太陽能電池進行近距離感應，以獲得更好的效果。

為了證明其概念，研究人員將3D打印的通用機械手包裹在太陽能皮膚上，然后記錄下來與環境互動的數據。概念驗證測試顯示，機械臂手掌的能量盈余為383.3 mW。他們在論文中報告說：“如果eSkin遍布全身，則可以產生超過100W以上的功率。”

Dahiya說：“如果你看看自主的、電池驅動的機器人，那么要消耗大量能量的電子皮膚，這是一個大問題，因為這樣會導致操作時間縮短。另一方面，如果你有一個能產生能量的皮膚，那么……因為你可以在手術過程中繼續充電，所以它可以縮短手術時間。”他說，本質上，他們把如何將皮膚的大面積電能轉化為一種能源的挑戰變成了機遇。

除了在機器人領域的明顯應用外，Dahiya還設想了BEST創新型電子皮膚的眾多應用，因為它具有材料集成傳感能力。例如，在假肢領域：“我們使用太陽能電池本身作為觸摸傳感器……我們也使它比其他電子皮膚體積更小。”他補充說，這將有助于制造重量和尺寸最佳的假肢，從而使假肢使用者更容易使用。“如果你看一下電子皮膚研究，真正的行動是在它接觸之后開始的……太陽能皮膚是一個進步，因為它會在物體接近時開始工作……并且有更多的時間準備行動。”這可以有效地減少大腦-計算機接口中經常出現的時間延遲。

自動化領域也有可能，特別是電動和交互式車輛。一輛覆蓋著太陽能電子皮膚的汽車，由于其近距離感應能力，能夠“看到”接近的障礙物或人。Dahiya澄清說，這不是生物學意義上的“看”，而是從機器的角度來看。它可以與其他對象集成，而不僅僅是汽車，可用于各種用途。“手勢也可以識別…這可以用于基于手勢的控制……在游戲或其他領域。”

在實驗室里，測試是用一個650 lux的白光源進行的，但是Dahiya覺得如果他們可以使用多個不同的光源，那么這些光源是很有意思的。“我們正在探索不同的人工智能技術，”他說，“以一種創新的方式處理數據，這樣我們就能識別光源和物體的方向。”

BEST團隊的成就讓我們更接近一種既能觸摸又能“看”的靈活、自我供電、經濟高效的電子皮膚，然而，目前仍存在一些挑戰。其中之一就是靈活性。在他們的原型中，他們使用了由非晶硅制成的商業太陽能電池，每一塊尺寸為1厘米x 1厘米。Dahiya說：“它們不是柔性的，但它們集成在一個柔性基板上。我們目前正在探索基于納米線的太陽能電池……我們希望利用它在能源和傳感功能方面取得良好的性能。”另一個缺點是Dahiya所說的“集成挑戰”——如何使太陽能電池皮與不同的材料協同工作。

原文標題：有光就可以 太陽能電子皮膚能自行發電

文章出處：【微信公眾號：IEEE電氣電子工程師學會】歡迎添加關注！文章轉載請注明出處。

責任編輯：haq