新型柔性觸控感測器：成本低、應用前景廣！

導讀

可彎曲、可拉伸、透明的觸控感測器作為一項技術，將越來越廣泛的應用於電子皮膚、可穿戴設備、柔性手持設備等領域。最近，加拿大英屬哥倫比亞大學的科研人員發明了一種低成本的柔性感測器，能夠在被拉伸、摺疊、彎曲的同時，檢測手指的靠近以及輕觸。

背景

未來的可穿戴設備、智能家電、手持設備對於觸摸屏的要求將進一步提升，體現出「大尺寸化、柔性化、低價化」的趨勢。

目前，用於製造可彎曲的柔性觸摸感測器材料主要有「納米銀線、金屬網、納米碳管、石墨烯」等材料，我在之前的文章中對於相關材料和應用，都有做過一些介紹，大家可以在歷史文章中進行參閱。

圖片來源於: 英屬哥倫比亞大學

創新

相對於以往的技術，今天要介紹的這項發明，又會有哪些創新點呢？

簡單的一句話：這是一種低成本的柔性感測器，能在被拉伸、摺疊、彎曲的同時，檢測手指的靠近以及輕觸。

英屬哥倫比亞大學電氣和計算機工程系的博士生研究員 Mirza Saquib Sarwar 這麼說：

「有些感測器可以檢測壓力，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，也有一些感測器是可摺疊的、透明的和可拉伸的。而我們的貢獻是將所有這些功能集成到一個小型設備中。」

實現

首先，科學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，並且適合使用大面積製造工藝技術生產。

圖片來源於: 英屬哥倫比亞大學

然後，他們利用可拉伸的離子導電水凝膠電極，夾在硅膠層中間，形成一個4 × 4的交叉網格感測器陣列，並且在感測器的上方可以製造出一個磁場，檢測和感知手指的靠近。

當手指靠近該感測器陣列達幾厘米的距離時，感測器就會檢測到手指的運動。如果用手指輕觸感測器，那麼會使得局部電容減少15%。所以，該感測器陣列可以有效監測手指運動例如滑動和點擊，也可以進行多手指檢測。

關鍵是，所有這些監測都可以發生在感測器被拉伸、摺疊、彎曲的同時。這對於未來的可穿戴設備來說，是一項極其重要的功能。

價值

對於該感測器原型的描述的論文，發表於《科學進展》雜誌。該產品的最重要的創新和應用價值之一，就是其低成本。

對此，Sarwar 說：

「設計一個房間大小的感測器版本，造價每平方米一美元，這是完全有可能的。感測器可以放置在牆上、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，它的製造成本低，所以可經濟地嵌入到一次性的可穿戴設備中，例如健康監測器。」

圖片來源於: 英屬哥倫比亞大學

Sarwar 的導師、英屬哥倫比亞大學應用科學系的教授 John Madden 認為，感測器也可以集成到機器「皮膚」中，應用於機器人領域，讓人機交互更加安全。他說：

「目前，機器在車間中和人類處於分離的狀態，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，並且足夠柔軟，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境。」

最終，這個方案未來還可以修改用於檢測距離、觸摸、壓力甚至感測器表面的構造。所以，未來這項技術勢必可以在電子皮膚、可穿戴設備、柔性手持設備、醫療電子等領域大顯身手。

參考資料

【1】http://news.ubc.ca/2017/03/15/video-new-flexible-sensor-holds-potential-for-foldable-touch-screens/

【2】Mirza Saquib Sarwar et al.Bend, stretch, and touch: Locating a finger on an actively deformed transparent sensor array. Science Advances, 2017 DOI: 10.1126/sciadv.1602200

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