傳感新品

【中山大學/五邑大學：研發(fā)用于健康和環(huán)境監(jiān)測的抗?jié)穸雀蓴_、可拉伸水凝膠基無線氧氣傳感器】

氧氣是生物生存或工業(yè)生產(chǎn)的基本物質，大氣氧含量或溶解氧（DO）也是健康和環(huán)境評估中的關鍵指標。呼吸氧含量或經(jīng)皮氧分壓（tcPO2）可用于呼吸監(jiān)測和局部組織供氧的判斷，有望用于呼吸系統(tǒng)疾病、糖尿病足、外周動脈疾病、傷口愈合和感染等慢性疾病的無創(chuàng)診斷。傳統(tǒng)分析儀器或醫(yī)療設備體積龐大、價格昂貴、時效性差，而新興的可穿戴傳感器可實現(xiàn)準確、實時檢測的同時，還具有靈敏度高、輕量化、性價比高、機械順應好等優(yōu)點，極大地方便了各種信號采集。遺憾的是，目前主流的研究集中在監(jiān)測運動和如血壓、脈搏、心電圖、肌電圖等生理信號上，對具有氧監(jiān)測功能的柔性傳感設備的研究相對匱乏。為此，迫切需要開發(fā)高性能、柔性的氧傳感器。

水凝膠已被證實具有優(yōu)異的氣體傳感能力（中山大學吳進課題組在水凝膠基柔性室溫氣濕敏傳感器方面的系列研究進展（ Nature Communication2023, 14, 5221; Advanced Functional Materials2023, 33，2300046；Nano-Micro Letters2022, 14, 52；Nano-Micro Letters2022, 14，183；Nano-Micro Letters2023, 15, 136；Materials Horizons2022, 9, 1921；SmartMat2023，4，e1141；SmartMat2023, 4, e1147; Small2021, 17, 2104997），但是其有豐富的親水官能團，使其對濕度自然敏感，甚至被開發(fā)為高性能濕度傳感器，進而嚴重干擾了其作為傳感器的可靠性。同時，疏水性材料摻雜雖然可降低濕度敏感度，但難以解決凝膠在溶液環(huán)境的離子泄露問題?？紤]到這一點，最近，課題組提出了一種結構調控的透氣疏水Ecoflex彈性體薄膜裝策略，不僅可以解決水凝膠的脫水問題，而且賦予水凝膠基氧氣傳感器優(yōu)異的抗?jié)駭_和水下工作能力。實驗結果表明，彈性體薄膜的透氧性和防水性主要取決于其有效厚度。

通過調節(jié)彈性體薄膜的厚度和結構，傳感器可以適應監(jiān)測不同的氧氣濃度范圍。采用鹽模板法制備了多孔彈性體薄膜，所得的152微米厚的多孔彈性體薄膜封裝水凝膠器件同時表現(xiàn)出優(yōu)異的耐濕性和氧氣傳感性能，包括高靈敏度（0.355%/ppm）、低檢測限（ppm級）、大檢測范圍（從5 ppm到90% O2）、優(yōu)異的可重復性、選擇性和長期穩(wěn)定性。而較厚的實心彈性體薄膜有效降低了透過的O 2濃度從而延長使用壽命，適用于高濃度檢測。此外，自主設計的無線氧監(jiān)測系統(tǒng)在各種應用場景中的使用，包括無創(chuàng)經(jīng)皮氧分壓（tcPO 2）檢測，呼吸監(jiān)測，水中溶解氧的評估。本工作為具有廣泛適應性的柔性可穿戴電子產(chǎn)品的制造提出了一種有前途的策略。

圖1. 彈性體封裝薄膜水凝膠氣體傳感器的制備流程、疏水透氣性驗證及多場景應用示意圖。

本征可拉伸的Ecoflex彈性體在厚度降至微米尺度時表現(xiàn)出可調控的疏水性和透氣性，多孔（空心）設計在確保傳感器優(yōu)異的抗干燥性能的同時可提升其O 2透氣性。水凝膠基氣體傳感器的性能受其本身的含水量干擾，彈性體封裝可大幅提升了傳感器的長時間使用穩(wěn)定性。

圖2. 多孔薄膜及實心薄膜封裝對傳感器抗?jié)穸雀蓴_、長期穩(wěn)定性的影響。

利用有限元仿真的方式對彈性體薄膜對O 2的穿透過程進行了可視化分析，與空氣相比，雖然彈性體O 2擴散系數(shù)更低（低4個數(shù)量級），但是在足夠薄的情況下仍然會在數(shù)秒內穿透大量的O 2。多孔（空氣孔）結構的薄膜可等效為更薄的薄膜從而提升其透氣效率。

圖3. 有限元仿真模擬與實驗證明多孔薄膜及不同厚度實心薄膜對O2穿透能力的調控。封裝的水凝膠傳感器對大范圍濃度（500ppm-90%）O2的響應。

傳感器的檢測機理為外加電池偏置下O 2在金屬電極-水凝膠界面發(fā)生還原反應，反應過程轉移的電子經(jīng)金屬電極傳輸至外電路。

圖4. 水凝膠基氧氣傳感器的機理分析與驗證。

柔性且可拉伸、透氣的傳感器可舒適地貼合于人體皮膚表面，用于經(jīng)皮氧分壓（tcPO 2）的實時監(jiān)控，同時也可集成于口罩上用于呼吸監(jiān)控。這種通用的封裝設計使水凝膠基傳感器的應用場景拓展至水下，避免了凝膠的溶脹與離子的泄露，靈敏的O 2檢測能力使其可以用作水下溶解氧檢測，以此實時反饋水下植物的光合作用和呼吸作用。

圖5.氧氣傳感器及其無線監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用：經(jīng)皮氧分壓監(jiān)測、呼吸監(jiān)測。

圖6. 防水的氧氣傳感器的水下溶解氧檢測并實時監(jiān)控水下植物的光合和呼吸作用。

傳感動態(tài)

【柯力傳感葉方之：從四個維度進一步推進人形機器人商業(yè)化】

近日，工業(yè)和信息化部印發(fā)《人形機器人創(chuàng)新發(fā)展指導意見》（以下簡稱“《指導意見》”）?？铝鞲懈笨偛?、董事會秘書葉方之在接受上海證券報記者采訪時表示：“當我看到《指導意見》時，我明顯感受到國家對于人形機器人創(chuàng)新發(fā)展的強烈推動、鼓勵和支持?！吨笇б庖姟返某雠_，不僅明確提出了未來幾年這一領域的發(fā)展目標，還針對人形機器人的技術研發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈建設、應用場景拓展等方面給出了具體指導，具有非常深遠和重大的現(xiàn)實指導意義?！?/p>

對于柯力傳感而言，葉方之介紹，公司將圍繞人形機器人產(chǎn)業(yè)所帶來的市場機遇，一方面，積極調研，對接市場，圍繞市場真實需求和下一階段的產(chǎn)品技術路線做好自主研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新。另一方面，公司將積極對外尋求合作，努力通過投資拓展外延式發(fā)展路徑，加快在這一領域的步伐，力爭能夠在行業(yè)內跑出加速度。

葉方之表示，其特別關注《指導意見》對于人形機器人中關于“突破關鍵技術”的描述。文件明確提出，用好現(xiàn)有機器人技術基礎，系統(tǒng)部署“機器肢”關鍵技術群，創(chuàng)新人體運動力學基礎理論，打造仿人機械臂、靈巧手和腿足，突破輕量與剛柔耦合設計、全身協(xié)調運動控制、手臂動態(tài)抓取靈巧作業(yè)等技術?！斑@一目標導向，為柯力傳感下一步圍繞高端力學傳感器做好自主研發(fā)和投資布局指出了方向、明確了要求、規(guī)劃了路徑?！?/p>

同時，葉方之也非常關注政策對于人形機器人在不同應用場景下的推廣和應用。文件明確提出了人形機器人在服務特種領域、3C&汽車制造、醫(yī)療&家政等民生領域的應用場景。葉方之認為，這些應用場景將為人形機器人的商業(yè)化落地提供強有力的支持，并有助于提升人機交互、靈巧抓取、分揀搬運、智能配送等作業(yè)能力。

“總的來說，《指導意見》的出臺將為人形機器人的創(chuàng)新發(fā)展提供強有力的支持和指導，我相信這將有助于推動中國機器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，并提升中國在全球機器人領域的影響力。”葉方之說。

人形機器人產(chǎn)業(yè)要從實驗室走向應用，離不開完整的商業(yè)閉環(huán)。談及如何進一步推進人形機器人的商業(yè)化，葉方之分享了四個維度的思考：

一是市場需求。人形機器人的商業(yè)化應用需要具備明確的市場需求，例如在服務、醫(yī)療、家政、娛樂等領域的應用。只有當市場需求足夠大時，才有可能推動人形機器人的商業(yè)化進程。

二是技術成熟度，人形機器人的技術成熟度是決定其商業(yè)化應用的關鍵因素之一。目前，全球范圍內，在人工智能、機械設計、感知控制、自主導航等方面，部分先進公司已經(jīng)具備較為成熟的技術積累，這為商業(yè)化應用提供了可能。

三是成本與價格。人形機器人的制造成本較高，價格也相對較貴，因此需要考慮商業(yè)化應用的成本和價格因素。如果價格過高，那么市場接受度將會受到限制。只有通過不斷降本，才能夠適應大規(guī)?；a(chǎn)、推廣、應用的成本要求。

四是政策支持，政府對于人形機器人領域的政策支持也是推動商業(yè)化應用的重要因素之一。政府可以通過提供研發(fā)資金、稅收優(yōu)惠等政策支持來鼓勵企業(yè)進行研發(fā)和推廣；也可以直接補貼到B端、C端，對于采用人形機器人的企業(yè)、其他組織、個人進行適當補貼，進一步培育市場。

【強產(chǎn)業(yè)、強合作、強品牌！2023世界傳感器大會在鄭州開幕】

11月5日，2023世界傳感器大會在鄭州啟幕。本次大會由河南省人民政府、中國科學技術協(xié)會主辦，中國儀器儀表學會、鄭州市人民政府、河南省工業(yè)和信息化廳、河南省科學技術協(xié)會、德中友好協(xié)會聯(lián)合會承辦，鄭州高新區(qū)管委會、鄭州市工業(yè)和信息化局等執(zhí)行。

2023世界傳感器大會以“感知世界智創(chuàng)未來”為主題，以“立足中原、輻射中國、引領國際”為理念，以“強產(chǎn)業(yè)、強合作、強品牌”為目標，以“國際化、智慧化、專業(yè)化”為特色，以“高質量、高效率、高標準”為定位，以“優(yōu)秩序、優(yōu)環(huán)境、優(yōu)服務”為宗旨，集聚全球傳感器領域最具影響力的科學家和企業(yè)家，以及相關政府部門的領導，圍繞傳感器領域的技術前沿、產(chǎn)業(yè)趨勢和熱點問題發(fā)表演講和進行高端對話。

鄭州市人民政府副市長馬志峰在致辭中表示，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)底層技術的三大支撐之一，是萬物互聯(lián)萬物智能的基礎，是與芯片、5G相互促進發(fā)展的核心戰(zhàn)略性支撐產(chǎn)業(yè)。鄭州市委、市政府高度重視傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大力推動基礎研究技術攻關、技術應用成果產(chǎn)業(yè)化等全產(chǎn)業(yè)鏈條銜接，統(tǒng)籌推進“芯、屏、網(wǎng)、端、器、用”聯(lián)動發(fā)展，，加快打造中國（鄭州）智能傳感谷，形成了以鄭州高新區(qū)為核心的“一核多元”的產(chǎn)業(yè)空間布局，在2022年工信部賽迪研究院十大園區(qū)排名中，鄭州高新區(qū)位居全國第四、中國第一。

近年來，河南省深入貫徹落實黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展、促進中部地區(qū)崛起等重大國家戰(zhàn)略，實施制造業(yè)高質量發(fā)展行動，高度重視傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成了以中國(鄭州)智能傳感谷為核心的“一谷多園”發(fā)展格局。其中，鄭州高新區(qū)位列賽迪顧問發(fā)布的全國“傳感器十大園區(qū)”第四位，中部第一。已集聚漢威科技、光力科技、新天科技等一批上市企業(yè)，建立河南省智能傳感器創(chuàng)新中心、智能傳感器行業(yè)協(xié)會、中試基地科研平臺，增強河南省智能傳感器產(chǎn)業(yè)綜合實力和競爭力，在環(huán)境、工業(yè)、農業(yè)、電力、疫情防控等諸多領域實現(xiàn)重點應用。

本次大會內容豐富，除了舉行開幕式，還將聚焦MEMS、光電、物聯(lián)網(wǎng)、氣體、醫(yī)療、汽車等重點領域，舉辦第七屆中國（國際）傳感器創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、國際傳感器企業(yè)家峰會、MEMS智能傳感器——先進技術分場活動等。

作為河南首個世界級產(chǎn)業(yè)發(fā)展大會，傳感器大會已連續(xù)成功舉辦四屆，是全世界了解中國智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要窗口、匯聚全球行業(yè)智慧和資源的重要平臺。

據(jù)悉，本次大會預期達到三個目標：

一、打造世界級一流品牌盛會

交流全球傳感器科技、產(chǎn)業(yè)和應用的最新成果，促進政、產(chǎn)、學、研、用、金、媒等環(huán)節(jié)的合作，打造全球傳感器產(chǎn)業(yè)規(guī)格高、規(guī)模大、影響力強的品牌生態(tài)盛會。

二、構建產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展體系

搭建核心共性技術，推動形成智能傳感器材料、設備、設計、制造、封裝、測試、系統(tǒng)集成和重點應用“一條龍”產(chǎn)業(yè)鏈，打造技術先進、應用繁榮、產(chǎn)業(yè)鏈完善、營商環(huán)境優(yōu)化的傳感器產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展系統(tǒng)。

三、建設中國(鄭州)智能傳感谷

加快產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，引進一流新型研發(fā)機構，打造國內中西部地區(qū)智能傳感器基地，助推建設全國重要的特色智能傳感器產(chǎn)業(yè)基地，建設國際知名的智能傳感器應用示范城市，打造鄭州經(jīng)濟發(fā)展的“新標志”。

【同濟大學團隊在超低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片與系統(tǒng)領域取得突破性進展】

近日，同濟大學電子與信息工程學院孟淼老師團隊在超低功耗物聯(lián)網(wǎng)芯片與系統(tǒng)領域取得突破性進展，其論文《A 19μW 200Mb/s IoT Tag Demonstrating High-Definition Video Streaming via a Digital-Switch-Based reconfigurable 16-QAM Backscatter Communication Technique》成功被2024年國際固態(tài)電路會議接收。

同濟大學電子與信息工程學院官微顯示，該論文展示了一款工作于200Mb/s的數(shù)據(jù)速率下功耗低至19μW的帶有無線喚醒功能基于數(shù)字控制的16-QAM(兼容BPSK、QPSK)調制反向散射物聯(lián)網(wǎng)通信芯片，該芯片的測試結果顯示在-42dBm~3dBm輸入功率范圍內實現(xiàn)穩(wěn)定的EVM表現(xiàn)（4.56%~4.17%@2Mb/s，7.3%~6%@100Mb/s，10.2~8.4%@200Mb/s），表明該芯片可以穩(wěn)定的工作于200Mb/s以下的數(shù)據(jù)傳輸速率，相較于國際同類型的反向散射芯片具有領先的無線輸入功率調制范圍和EVM性能。

此外，該芯片首次提出基于數(shù)字控制的16-QAM調制技術，并結合超低電壓鎖相環(huán)技術成功應用于物聯(lián)網(wǎng)標簽，相較于同類芯片，在提高芯片數(shù)據(jù)傳輸速率與頻譜效率的同時總功耗降低至少30%。

據(jù)悉，這項工作為國際上首次支持寬輸入功率范圍的穩(wěn)定、高數(shù)據(jù)速率16-QAM并同時兼容BPSK與QPSK調制的超低功耗反向散射通信芯片，對于部署高數(shù)據(jù)傳輸速率需求物聯(lián)網(wǎng)終端設備意義重大。

【迄今最靈敏力傳感器問世，可測量電子重量的十分之一】

據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站11月2日報道，法國科學家利用極冷的銣原子，制造出了迄今最靈敏的力傳感器，其可測量拎起單個電子所需力十分之一大小的力，未來有望揭示全新力的存在。相關論文已經(jīng)提交預印本網(wǎng)站。

所有已知的力都源于四種基本力：引力、電磁力、強核力和弱核力。但一些試圖揭示宇宙奧秘的實驗或觀測結果表明，可能存在未知的第五種力。

科學家認為這種力很弱，只能在離其非常近的距離才能測量，因此需要極其靈敏的設備。鑒于此，法國國家計量與測試實驗室的雅恩·巴蘭德團隊使用銣原子制造了迄今已知最靈敏的力探測器。

巴蘭德團隊首先將120000個銣原子置于一個真空金屬—玻璃圓柱內，隨后使用激光將原子冷卻到接近絕對零度，由此產(chǎn)生的超冷原子對電場和光非常敏感，因此，可用電場和光來精確控制這些超冷原子的量子態(tài)。

研究團隊使用這種控制方法，將這些組件變成了一個干涉儀。這是一個充滿物質波的設備，其中物質波會相互碰撞，并在附近有力時產(chǎn)生可預測的變化。

為測試該傳感器的靈敏度，團隊測量了設備中原子和鏡子之間的力。這種力由發(fā)生在看似空曠空間中的量子過程引起，非常微弱。該團隊以前所未有的精度對其進行了測量，結果表明其大小低至4qN（1qN=10-30牛頓），即單個電子重量的十分之一。

加拿大西蒙·弗雷澤大學杰夫瑞·麥吉爾克表示，這么小的力極難測量，而新傳感器可在幾微米外對其開展測量，未來有望發(fā)現(xiàn)新的力。

【芯片設計廠商稱需求最壞時期已過 華為出貨量將增加】

手機相關芯片供應鏈近期經(jīng)歷了客戶端拉貨潮。根據(jù)IC設計廠商的表示，市場需求最壞的時期已經(jīng)過去，市場正在逐漸回升。預計明年，終端生成式AI將導入手機市場并引發(fā)換機潮，從而帶動整體市場復蘇，并在明年第三季度感受到更明顯的復蘇動能。

在過去兩年中，經(jīng)過修正后，IC設計廠商指出，根據(jù)研究機構的評估，手機市場可能會增長個位數(shù)百分比。其中，華為手機重返市場并將增加出貨量，盡管其市場份額仍相對較小，但仍有機會在中國大陸本地市場搶占部分iPhone的業(yè)務。

業(yè)界人士認為，在過去一段時間內，手機應用需求表現(xiàn)優(yōu)于筆記本電腦和電視等設備。預計進入明年上半年將是淡季，并且第二季度可能會開始逐步升溫。對于未來整個智能手機供應鏈的表現(xiàn)進行了評估，并認為明年下半年的旺季將優(yōu)于今年下半和明年的上半。

在過去的市場低谷期里，新機需求疲軟，但二手翻新機的需求卻相對較高。近年來，生成式AI應用程序的興起從云端開始延伸到終端設備上，在整個智能手機市場帶來了新的希望。業(yè)界對終端生成式AI的爆發(fā)力非常期待，并關注它能否成為殺手級應用并刺激出多少換機市場。

另一方面，IC設計廠商表示采用OLED面板的機型越來越多。之前只有高端機型才采用OLED面板，但現(xiàn)在越來越多的中高端機型也開始使用這種技術，并且折疊手機大多采用OLED面板。因此，相關比例可能從目前超過40%達到50%以上水平。這也將為OLED相關IC設計廠商帶來商機。

審核編輯 黃宇