傳感新品

【北工業/北理/西交：研發具有彎曲宏觀裂紋的水凝膠傳感器，高靈敏度和寬檢測范圍!】

背景介紹

軟機器是生命和機器的橋梁。由于它們的柔軟和輕盈，它們本質上是安全的，對人類友好。與剛性機器相比，能夠與環境交互的智能軟機器更有希望融入人類社會。然而，大多數現有的軟機器都是以一種智能有限的方式運行的。例如，一種廣泛使用的軟機器，即軟夾具，通過被動適應物體和夾具之間的變形來抓取目標。當目標比夾持器更軟、更脆弱時，軟夾持器的功能失效。賦予軟機器智能需要對環境及其自身狀態的感官感知，以實現閉環控制。具有簡單結構但具有多種功能的可拉伸傳感器是非常理想的，例如那些能夠檢測軟夾具的變形和觸覺力的傳感器。

依賴導電聚合物對變形的電阻響應的應變和觸覺傳感器無處不在。實例包括摻雜有炭黑的聚二甲基硅氧烷、涂覆有碳納米管的橡膠纖維和涂覆有金屬納米線的聚氨酯纖維。由大塊導電材料制成的電阻傳感器的靈敏度本質上受歐姆定律的支配。在小變形情況下，規范系數（GF）被限制為一個單位。為了提高電阻應變傳感器的應變系數，在導電材料中引入了微/納米級單向裂紋。打開和閉合裂縫會斷開并重新連接電流路徑，導致電阻急劇變化。然而，這種強化機制僅適用于特定的應變范圍（小于5%），取決于詳細的微觀結構。高靈敏度和大的檢測范圍仍然是可拉伸傳感器的折衷方案。

本文亮點

1. 本工作提出了一種由高度開裂的水凝膠（HCHG）實現的設計，該水凝膠對大范圍的拉伸應變、彎曲和觸覺力非常敏感。

2. 當預切割的彎曲裂紋被外部載荷閉合/打開時，該機制依賴于流動離子電流的橫截面積的連續急劇變化。水凝膠的高斷裂韌性抑制了裂紋的擴展，使傳感變得穩健。

3. 通過設計裂紋模式，0–20%拉伸應變的靈敏度為80，觸覺力的靈敏度為0.45 kPa?1。與大塊水凝膠制成的傳感器相比，靈敏度分別提高了兩個和三個數量級，同時保持了可檢測的應變范圍（高達215%）。

4. 展示了HCHG傳感器在操縱機械臂和用軟夾具無損抓取更軟物體方面的應用。

圖文解析

圖1. 用于軟機器的使用HCHG的多功能傳感器。a） 具有高靈敏度的應變和觸覺傳感器是軟機器所需要的，尤其是用于操縱甚至更軟的物體。b） 所提出的使用破裂離子水凝膠的電阻傳感器對小變形具有高靈敏度的原理。當水凝膠被拉長時，裂紋在小變形時逐漸張開，并切斷了離子電流的局部路徑，導致電阻急劇上升。此外，彎曲裂紋逐漸張開，導致在寬應變范圍內具有高靈敏度。c） 所提出的傳感原理依賴于在大變形時沒有任何擴展的裂紋開口。因此，使用具有高韌性的水凝膠。d） 我們設計的裂紋模式傳感器與使用大塊材料的現有電阻應變傳感器之間的應變系數比較。

圖2. 設計大塊水凝膠中的裂紋圖案，以實現高靈敏度和大的可測量應變范圍。a） 裂紋圖案的晶胞的配置。以下所有分析都是在一個晶胞上進行的。b） 大塊水凝膠中裂紋圖案的制備示意圖。c） HCHG中彎曲裂紋在單軸拉伸下的張開過程。比例尺為1毫米。d） HCHG、本體水凝膠和在伸長率下具有簡單直裂紋的水凝膠的相對電阻變化的比較。在應變超過20%之前，HCHG的變形會出現電阻的線性急劇增加。e） 接觸壓力下HCHG和本體水凝膠相對電阻變化的比較。f、 g）對于小的拉伸應變和接觸壓力，HCHG和本體水凝膠的應變系數。h、 i）晶胞的幾何參數t和r對最大變形和規范因子的影響。

圖3. 含有不同數量元素的HCHG在伸長和接觸壓力下的性能。a） 不同元件布局的相對電阻在單軸伸長率下，尤其是在小應變下，幾乎表現出相同的響應。b） 含有1×3元素的HCHG的電阻在階躍伸長的區間內保持穩定。c） 電阻響應在循環拉伸下是可重復的。d）在小伸長率下HCHG的檢測極限和e）分辨率。f） HCHG用作應變傳感器時的響應和恢復時間。響應和恢復時間是通過從傳感器的電響應時間中減去加載/卸載過程的時間延遲而得出的。g） 接觸壓力下的相對電阻響應幾乎與單個布局無關。h） HCHG作為壓力傳感器工作時的檢測極限和分辨率。測量了11.7 Pa階躍壓力下的電阻響應，以顯示HCHG作為壓力傳感器的分辨率。當接觸壓力保持恒定時，也含有單一元素的HCHG的電阻保持穩定。i） 接觸壓力循環加載下HCHG的電阻響應。

圖4. 由兩個HCHG和一個TPU薄膜組成的夾層結構實現多重傳感。夾在可拉伸TPU膜之間的兩種HCHG對a）伸長率敏感，其中兩種HCHG都增加了它們的電阻，b）壓縮，其中兩個HCHG都降低了它們的阻力，以及c）彎曲，其中一種HCHG增加了它的電阻，而另一種則降低了。

圖5. 基于HCHG的人體運動檢測控制機器人手臂。a） 通過身體運動操縱機械臂的控制圖。機器人手臂和人類上肢跛行的關節被繪制出來。對各種跛行運動的檢測為機器人關節提供致動信號。b） 附著在食指、手腕、肘部和拇指（用紅色虛線框標記）上的傳感器對各種姿勢的相對阻力響應。機械臂和人體肢體的運動是相互關聯的。c） 用分布式傳感器通過人體上肢跛行控制機械臂下棋：①初始狀態，②抓握，③移動，④釋放。

圖6. HCHG在物體操縱中的軟夾持器應用的多傳感能力。比例尺為1厘米。a） 一個軟夾具配備了兩個HCHG，一個作為彎曲傳感器，另一個作為觸覺傳感器。b） 用于在開放和閉環模式下操作對象的軟夾持器的控制圖。c） 粘附在軟夾具外表面的破裂水凝膠起到彎曲傳感器的作用。當夾具周期性地抓取和釋放網球時，彎曲傳感器的響應是可重復的。d） 當夾持器抓取具有不同半徑的硬球時，彎曲傳感器的相對阻力變化會發生變化。e） 附著在抓握手指內表面的HCHG起到觸覺傳感器的作用。當夾持器循環抓取和釋放網球時，其響應也是可重復的。f） 夾持器抓取海綿、豆腐和Dixie杯的照片，有反饋控制和無反饋控制。g） 用反饋控制抓取海綿的詳細過程。h） 當用反饋控制抓取不同尺寸的海綿時，觸覺傳感器的相對電阻響應幾乎相同。

傳感動態

【智能傳感闖出“深圳方陣” 深圳智能傳感器領域專精特新“小巨人”領跑全國】

總部位于龍華的深圳市匯北川電子技術有限公司是一家從事新能源汽車電驅動、電安全核心零部件研發、制造、銷售的國家高新技術企業，也是工信部認定的國家級專精特新“小巨人”企業，今年上半年，該公司營收增幅超過20%。

“隨著汽車電動化智能化快速發展，匯北川將積極研發智能傳感器國產替代技術，增加新產品線，夯實研發能力，期望形成新的產品營收增長點。”公司負責人劉斌說。

匯北川是深圳智能傳感器行業快速成長的一個代表。

9月4日，記者從深圳市智能傳感行業協會獲悉，今年以來，深圳智能傳感器行業呈現量增質升的良好發展態勢，產業鏈完整度不斷提升，形成了從設計、芯片、中試、封測、材料，到科研、生產、行業應用、平臺服務、產業園區、投資基金的完整鏈條，產業加速集聚，生態日趨完善，“強鏈”效應日益凸顯。

深圳“小巨人”總數居首

據統計，截至7月底，深圳傳感器產業鏈上下游企業4032家，主營業務為智能傳感器的企業共計337家，這一數量約占全國的20%。從企業分布區域看，相關企業主要集中在南山、寶安，其中，南山區110家、寶安區80家、龍崗區45家、光明區39家、龍華區37家。

在103家規上企業中，包括瑞聲、匯頂、奧比中光等15家上市企業，諾安智能、鐳神智能等6家“單項冠軍”企業，速騰聚創、芯思杰、海譜納米等科技“獨角獸”及潛在“獨角獸”企業，安培龍、科敏、匯北川、特安電子、幀觀德芯等39家國家級專精特新“小巨人”，紐迪瑞、意普興、豪恩安全、力準傳感等99家專精特新企業。

在全國重點城市傳感器行業國家級專精特新“小巨人”企業數量排行中，深圳的總數居第一位。

縱觀深圳智能傳感器方陣，不僅形成了規模效應，企業質量也實現了步步高。

今年6月，由深圳市速騰聚創科技有限公司牽頭的全國微機電技術標準化技術委員會（SAC/TC 336）車載MEMS標準化工作組正式成立，這是全國首個專注車載MEMS（微機電系統）領域的標準化工作組。

據介紹，基于在車載MEMS技術領域的先發優勢，速騰聚創已獲得全球20家以上車企50余款車型定點。在此基礎上，通過廣泛參與各級標準制定工作，該公司逐步構建起從激光雷達整機產品標準到核心零部件標準的多層級標準體系。

既有“老兵”也見“鲇魚”

值得關注的是，不同類型的企業也在行業中扮演不同的角色。華為、比亞迪、匯川等大企業利用資金實力、技術積累、行業資源積極拓展新業務，開發的技術和產品以自用為主；安培龍、科敏、力準、意普興等多年深耕傳感器領域的“行業老兵”擁有豐富的行業經驗，技術產品成熟，是行業的主力軍；以紐迪瑞、靈明光子、海譜納米、博升光電為代表的新生力量正快速崛起，這類企業多具備海歸背景，很多屬于高校、科研院所的成果轉化項目，或屬于國際知名公司高管創業，具備技術實力強、創新能力強等“鲇魚”特征，屬于行業中的潛力股。

來源于深圳市智能傳感行業協會的統計顯示，今年上半年深圳智能傳感器工業總產值、營收規模等核心指標均實現增長，安培龍、匯北川、科敏等代表性企業增幅均超過20%。

深圳企業受資本青睞

7月18日，深圳市柯力智能傳感產業發展有限公司與深圳立儀科技有限公司簽約，完成了對立儀科技數千萬元的戰略投資。而在3個月前，柯力傳感對外發布了擬與深圳市光明科學城產業發展集團有限公司設立合資公司的公告，注冊資金3億元，聚焦于投資并購傳感器產業鏈優質項目，建設研發中心和高端制造基地，打造國內一流、國際領先的傳感器產業平臺。

投融資活躍程度是反映產業發展潛力的重要指標。據統計，今年1-8月，全國重點城市傳感器企業重大投融資事件共有84起，深圳就有20起，融資整體規模居全國第一。其中僅柯力傳感就在深圳投資6家企業，涉及金額2.5億元。在投資方向上，傳感器芯片、光電光纖、激光雷達成為熱門賽道。

深圳市智能傳感行業協會分析指出，深圳企業之所以受資本青睞，得益于企業質量、創新能力、開放意識等。投資主體中既有深重投、深創投、高新投、基石資本、同創偉業等專業機構，也有上市公司、行業龍頭企業等。這不僅給企業帶來了資金，還能在產業資源、供應鏈資源、生產管理資源、研發設計上賦能。

位于光明區鳳凰街道的明湖智谷·大灣區智能傳感新型產業社區工業上樓項目占地1.95平方公里，其發展備受行業矚目。目前項目一期已整體開工建設，預計2025年竣工，屆時將為智能傳感器行業打造新的發展平臺。

以投資驅動，加上園區載體、服務平臺、供應鏈管理等，深圳智能傳感器產業鏈條不斷延伸，產業生態正加速構建。

【中信證券：預計至2027年磁傳感器市場空間有望增長至45億美元】

中信證券發布研報表示，磁傳感器在汽車、工業、機器人、消費等多元領域擁有豐富應用，根據Yole數據及預測，2021年全球磁傳感器市場空間約26億美元，預計至2027年有望增長至45億美元，CAGR接近10%，其中汽車電子是重要需求增量來源：該行測算一輛電動車磁傳感器的單車價值量合計約40-60美元（電動化和智能化各貢獻20-30美金），若考慮模組口徑則實際單車價值量更高。目前國內磁傳感器芯片的國產化率約5%，該行看好國內汽車產業蓬勃的智能化及電動化升級趨勢推動磁傳感器的國產配套需求提升。

中信證券的主要觀點如下：

磁傳感器下游應用場景包括汽車、工業、機器人、消費電子等多元領域，當前市場空間約26億美金。

磁傳感器屬于非接觸式傳感器，基于電磁感應原理用于電流、速度、位置等物理量檢測，相較普通傳感器具備穿透性良好且信息量豐富等優點，具備廣泛的應用場景。按技術原理的不同，磁傳感器可分為霍爾傳感器和磁阻傳感器兩類，其中霍爾傳感器具備體積小、壽命長、耐腐蝕、低成本等優點，在汽車及工業等有著廣泛應用，目前是最主流的磁傳感器芯片，占比約70%（Yole數據）；磁阻傳感器則具備高靈敏度與測量精度、功耗更低等優勢，但成本較高，目前占比約30%（Yole數據）。按測量物理量的不同，磁傳感器又可分為開關、位置、速度、電流以及磁力計（電子羅盤）類別，分別對應不同功能。從市場空間來看，根據Yole數據及預測，2021年全球磁傳感器市場空間約26億美元，預計至2027年有望增長至45億美元，CAGR約9%。

汽車電子是最重要增量，磁傳感器有望同步受益于汽車智能化/電動化，單車價值量有望達40~60美金。

在汽車電子場景下，磁傳感器可用于實時檢測汽車內部電路電流、輪胎轉速、汽車微電機系統狀態等信息，并向控制系統或后端電路反饋以實現整體閉環控制，提高系統可靠性。在汽車電動化及智能化的發展浪潮中，磁傳感器的單車用量有望持續提升：電動化方面，新能源汽車以“三電系統”取代燃油車的發動機體系，對于電流檢測的需求量大幅增加；智能化方面，功能豐富+安全冗余考慮下汽車電子配置不斷提升，在電動助力轉向系統、防抱死系統、電子油門踏板以及電動座椅等眾多部件中磁傳感器用量顯著增加。該行測算，一輛電動車磁傳感器的單車價值量合計約40-60美元（電動化和智能化各貢獻20-30美金），若考慮模組口徑則實際單車價值量更高。

磁傳感器市場由海外品牌主導，長期中看好本土廠商份額逐步提升。

目前全球磁傳感器芯片主流玩家包括Allegro、英飛凌、AKM、Melexis、TDK等海外廠商，尤其是在車規磁傳感器領域，海外頭部玩家占據了市場的主要份額。納芯微、燦瑞科技、賽卓電子、矽睿科技、艾為電子、芯進電子、美新半導體等國內廠商亦在積極布局，與此同時，磁傳感器模組領域玩家包括中車時代電氣、比亞迪半導體、保隆科技等。受限于起步較晚等因素，目前磁傳感器芯片的國產化率仍處于較低水平，該行測算當前國內廠商的全球市占率約為5%，仍有較大提升空間。近年來，國內廠商在磁傳感器領域實現品類擴張并在客戶導入方面進展積極，中長期該行看好國內汽車產業蓬勃的智能化及電動化升級趨勢推動磁傳感器的國產配套需求提升，本土磁傳感器芯片廠商有望迎來寶貴發展機遇。

【博世放棄激光雷達研發，竟因卷不過中國企業？】

據德國《商報》日前報道，作為全球汽車零部件龍頭之一，博世已完全放棄開發自動駕駛激光雷達。博世放棄的主因在于技術的復雜性及漫長的開發時間。該公司一位發言人證實稱，“考慮到技術的復雜性和上市時間，博世不久前決定，不再對激光雷達傳感器的硬件開發投入任何額外資源。”報道猜測，博世或是在7月作出這一決定。與此同時，博世計劃將技術與資金轉向雷達等其他傳感器技術。但即便如此，博世也坦承，激光雷達對L3級自動駕駛非常重要。博世自己將不再生產激光雷達組件，而將從其他公司供應。博世也將在內部保留足夠的專業知識儲備，以便評估相關激光雷達產品，并根據需要將其集成到自動駕駛功能中。

值得一提的是，在此之前，另一汽車零部件巨頭采埃孚也已退出激光雷達競逐。采埃孚曾投資1億美元左右，參股激光雷達“鼻祖”Ibeo，但隨著Ibeo申請破產，采埃孚也放棄了激光雷達。不過，這并不意味著激光雷達已遭到行業“拋棄”。例如比亞迪旗下騰勢（參數丨圖片）品牌N7車型已于7月正式上市，這是比亞迪車系中首款上市的搭載激光雷達的車型。據比亞迪發布的公開消息，下半年將有多款搭載激光雷達的車型上市，包括搭載3顆激光雷達的仰望U8豪華版，以及“方程豹”首款量產車型“豹5”。

如今，汽車行業價格戰影響下，車載激光雷達行業在一定程度上承壓。中信證券指出，一方面，中低端車型在價格戰下，為保銷量和份額，或不得不犧牲一部分智能化配置；小鵬等自研能力較強的玩家或也將進一步跟進特斯拉“純視覺路線”。而另一方面，高端車型受價格戰影響相對較小，深耕高階智駕功能并以此為差異化賣點的車企有望受益于FSD對汽車智能化進程的推動，但同時也需把握時間窗口加速打磨智駕產品，激光雷達可從感知端提供更為豐富的三維點云數據，或可從硬件端一定程度助力國內車企彌補與特斯拉在軟件和工程層面的差距。放眼整個激光雷達行業，禾賽、圖達通先后推出新品，除速騰采用MEMS路線外，ToF激光雷達基礎架構愈發趨同，在這種情況下，成本控制和量產交付的能力顯得愈發重要。分析師進一步指出，短期來看，各激光雷達廠商出貨量將主要取決于下游車企客戶的汽車銷量和選配率，未來1-2年城區領航功能的陸續落地或對激光雷達選配有所提振。中期來看，國內中低端車型在成本壓力下或不得不犧牲一部分智能化配置，而高端車型或可借激光雷達從硬件端彌補一部分差距。

【雷蒙多談訪華成果，稱“美不會出售最先進芯片給中國”】

多家美國媒體3日發布了對美國商務部長雷蒙多訪華歸國后的采訪內容。在采訪中，雷蒙多談及此次訪華的具體成果，并表示如果商業關系穩定，可以成為兩國整個關系的“壓艙石”。但她也宣稱，美國不會出售最先進的芯片給中國。

在接受哥倫比亞廣播公司（CBS）采訪時，雷蒙多表示這次訪問中國取得了很大進展。“在具體成果方面，我與中方建立了3條具體的溝通渠道，這是向前邁出的一大步。”她說，兩國缺乏溝通可能會進一步加劇緊張局勢并導致誤解，因此建立起溝通機制是解決商業問題的關鍵。

雷蒙多對美國有線電視新聞網（CNN）表示，美中兩國保持穩定且重大的商業關系符合美國的利益，也符合中國的利益，甚至符合全世界的利益。在談到目前兩國關系現狀時，雷蒙多表示：“這是一種復雜的關系，毫無疑問，在各個領域我們都和中國展開了激烈的競爭，我們需要處理好這種競爭，因為沖突不符合任何一方的利益。”

但雷蒙多在接受美國全國廣播公司（NBC）采訪時宣稱，“我們不會向中國出售他們想要的最先進的美國芯片，以增強其軍事能力。”“但我確實想澄清的是，我們仍將繼續每年向中國出售數十億美元的芯片，因為絕大多數芯片都不是我所說的前沿、尖端技術。”她同時表示，向中國出售某些芯片最終將為美國企業帶來收入，從而將資金投入進一步的研發。

中國社科院美國問題專家呂祥告訴《環球時報》記者，雷蒙多的言論一方面強調中美經濟關系是互利的，但另一方面又堅持對華敵對性、歧視性貿易政策。這種兩面性反映了美國現在想要達到的一個目的，即要讓中國接受所謂的“小院高墻”。中國人民大學國家發展與戰略研究院研究員、美國研究中心副主任刁大明也表示，希望美國能夠從兩國共同利益出發，真正地去考慮對方的關切，拿出誠意來做相向而行的事情。

中國國家安全部4日發文稱，美國對華新戰略日臻成型并呈現出新的兩手，即“競爭+管控競爭”。“競爭”是戰略性的，“管控競爭”則是策略性的，是為發動“競爭”服務的。美國想憑“新兩手”的小把戲“競贏”中國是絕無可能的。

【英偉達首席執行官黃仁勛會見印度總理，討論該國在 AI 領域的潛力】

9 月 5 日消息，印度總理納倫德拉?莫迪（Narendra Modi）周一晚間會見了英偉達（NVIDIA）創始人兼首席執行官黃仁勛，其在社交媒體表示：“與 NVIDIA 首席執行官黃仁勛先生進行了一次非常愉快的會面。我們詳細討論了印度在人工智能領域提供的豐富潛力。”

這是莫迪和黃仁勛的第二次會面，強調了英偉達在該國快速發展的科技行業中的作用。隨后，黃仁勛會見了來自印度科學院、印度理工學院各校區等全球科技強國的數十名研究人員，與會者代表了大型語言模型、天體物理學、醫學、量子計算和自然語言處理等領域的一些頂尖人才。

當晚的討論涉及多個主題，包括利用技術解決語言障礙、提高農業產量、縮小醫療保健服務差距和轉變數字經濟，以及解決當代的一些重大科學挑戰。

據了解，英偉達于 2004 年在班加羅爾開始在印度開展業務，印度目前擁有四個工程開發中心，分別位于古爾岡、海得拉巴、浦那和班加羅爾。英偉達的開發者計劃中有超過 32 萬名印度開發者，CUDA 并行計算平臺在印度每月的下載量約為 4 萬次，其估計印度有 6 萬名經驗豐富的 CUDA 開發人員。

審核編輯 黃宇