傳感新品

【香港城市大學(xué)，上海交通大學(xué)：研發(fā)帶有真實指紋的生物識別電子皮膚傳感器，可提供觸覺洞察】

皮膚的觸覺反饋是人類幾種感知機制之一，在我們與環(huán)境的互動中起著至關(guān)重要的作用，尤其是在執(zhí)行精細(xì)任務(wù)時，如削鉛筆、縫制衣服和識別織物的質(zhì)地。這些任務(wù)在很大程度上依賴于指尖高度發(fā)達(dá)的觸覺敏感性。作用在指尖上的機械信號（如壓力或振動）通過指紋調(diào)節(jié)傳遞給特定受體，隨后轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號的過程稱為指尖觸覺感知。由于指尖具有指紋結(jié)構(gòu)，皮膚下的機械感受器比其他身體皮膚區(qū)域更密集，亞毫米級的指紋結(jié)構(gòu)可以區(qū)分最小脊間距為760 nm的圖案，滑動速度、環(huán)境濕度和指紋結(jié)構(gòu)都會影響測試結(jié)果。此外，指紋差異引起的各種觸覺引起了研究人員的關(guān)注，例如指紋脊對觸摸產(chǎn)生的振動信號的調(diào)制作用。此外，有趣的是，女性比男性更能分辨出更精細(xì)的表面細(xì)節(jié)，這可以歸因于她們的皮紋結(jié)構(gòu)的差異。

受人類指紋的啟發(fā)，研究人員開發(fā)了觸覺傳感器來研究指紋的作用，并為機器人、假肢和虛擬現(xiàn)實場景設(shè)計高精度的人工觸覺系統(tǒng)。基于加速度計和霍爾效應(yīng)傳感器的觸覺傳感系統(tǒng)能夠精確識別織物表面的微小表面和紋理。然而，這些剛性傳感技術(shù)與柔性表面不兼容。柔性電子技術(shù)的快速發(fā)展使研究人員能夠采用壓阻、電容和雙電層（EDL）技術(shù)來構(gòu)建承載微結(jié)構(gòu)的柔性觸覺傳感器。這些傳感器可用于復(fù)制對壓力和觸摸做出反應(yīng)的緩慢適應(yīng)（SA）機械感受器。此外，基于壓電和摩擦電技術(shù)的觸覺傳感器已經(jīng)開發(fā)出來，可以復(fù)制對高頻振動做出反應(yīng)的快速適應(yīng)（RA）機械感受器。多層傳感器也被設(shè)計用于同時模擬SA和RA機械感受器，能夠檢測壓力和振動，從而進(jìn)行紋理識別。然而，很少有研究調(diào)查皮紋結(jié)構(gòu)對觸覺信號的影響。指尖皮紋圖案是在胚胎發(fā)育的早期階段在遺傳因素的影響下形成的，因此指紋圖案已被廣泛研究用于疾病相關(guān)的風(fēng)險評估，并作為初步識別某些肢體和大腦發(fā)育異常的基礎(chǔ)。指紋脊對摩擦振動頻率的過濾作用也會影響我們的日常觸覺感知。因此，有必要研究指紋脊結(jié)構(gòu)對觸覺信號的影響。

電容式壓力傳感器因其高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、低功耗、溫度無關(guān)性和快速動態(tài)響應(yīng)而得到了廣泛的研究。然而，一個缺點是，外力在介電層中引起的變形往往相當(dāng)弱。結(jié)果，這種電容式壓力傳感器的靈敏度往往受到顯著限制。將微錐體、微柱和微槽等微結(jié)構(gòu)集成到介電層中已被證明能有效提高電容式壓力傳感器的靈敏度。這些微觀結(jié)構(gòu)可以通過直接復(fù)制砂紙或植物葉子的表面形貌來引入，這提供了低成本的方法。然而，這種方法無法定制微觀結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸或間距。研究人員試圖利用硅膠模具來生產(chǎn)有序均勻的微觀結(jié)構(gòu)。但制造過程依賴于復(fù)雜且昂貴的基于光刻的方法。除了優(yōu)化介電層的結(jié)構(gòu)外，材料的適當(dāng)選擇也是傳感器性能的關(guān)鍵。彈性體電介質(zhì)通常用于電容式傳感器以提高其靈敏度，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）。然而，PDMS的固有粘彈性不可避免地延長了響應(yīng)/恢復(fù)時間，這限制了它們的應(yīng)用范圍。各種方法都試圖解決這些局限性，一種有前景的方法是利用具有高介電常數(shù)的新型材料作為電容式壓力傳感器中的介電層。氧化石墨烯（GO）是石墨烯的多功能衍生物，具有良好的機械、熱和電性能。石墨烯由2D晶體片組成，在石墨烯氧化過程中，在基面和邊緣引入了含氧親水官能團，這些官能團的存在引入了結(jié)構(gòu)不規(guī)則性，阻礙了電子沿GO平面的轉(zhuǎn)移。由于其較高的相對介電常數(shù)和水溶性，GO是高靈敏度電容式傳感器的理想介電層。基于GO的壓力傳感器的研究仍然有限。因此，GO作為介電層材料的增強介電材料顯示出廣闊的前景。

本文亮點

1. 本工作開發(fā)了一種新型的多層柔性傳感器，其具有能夠復(fù)制任意指紋的人工合成皮膚表面。該傳感器同時檢測壓力（SA響應(yīng)）和振動（RA響應(yīng)），從而實現(xiàn)紋理識別。

2. 來自著名歷史人物——羅莎·帕克斯、理查德·尼克松、馬丁·路德·金和羅納德·里根——的指紋脊圖案被制作在傳感器表面上。測量了各種織物紋理的振動頻率響應(yīng)，并在指紋復(fù)制品之間進(jìn)行了比較。

3. 指紋形貌對皮膚表面振動傳輸有顯著影響。帕克斯的指紋結(jié)構(gòu)比尼克松、金或里根的指紋結(jié)構(gòu)更清楚地傳達(dá)了更高的頻率。

圖文解析

圖1. 靈感來自指尖的電子皮膚的設(shè)計、構(gòu)造和制造。A） 人類觸覺系統(tǒng)的感知機制。B） WFES傳感器布局示意圖以及使用WFES傳感器對不同傳感器結(jié)構(gòu)的振動信號的研究，包括i）條形傳感器結(jié)構(gòu)的間距對觸覺振動信號的影響。ii）不同指紋結(jié)構(gòu)對觸覺振動信號的影響。C-F）WFES傳感器主要部件的光學(xué)圖像，從左到右依次是指紋膜電極、P-GO/PDMS介電層、聚對二甲苯電極和組裝好的傳感器。G） WFES傳感器主要部件的制造過程示意圖。I） 傳感器指紋結(jié)構(gòu)的建模。II） 指紋膜電極的制作。III） 電弧頂部圓柱形結(jié)構(gòu)介電層的制造。IV） 聚對二甲苯電極膜的制造。V） 組裝好的WFES傳感器。

圖2. 傳感器性能的表征，包括靈敏度、可重復(fù)性、分辨率和振動響應(yīng)。A） 附著在指尖的WFES傳感器的光學(xué)圖像和指紋結(jié)構(gòu)的光學(xué)3D輪廓圖像。B） 在高達(dá)250 kPa的壓力范圍內(nèi)，傳感器電容的變化。C） 電容在高達(dá)5 kPa的壓力范圍內(nèi)變化。D） 在0.5至3 kPa的26000次循環(huán)后，確定了傳感器的工作穩(wěn)定性，入口顯示了測試開始和結(jié)束時的特寫視圖。E） 對傳感器頂部花瓣的放置和移除的響應(yīng)。F） 智能手機和電動牙刷的振動光譜；插圖顯示了測試的時域信號。

圖3. 掃描速度和樣品表面粗糙度對振動信號的影響。A） 掃描過程中實驗裝置和WFES傳感器變形的示意圖。B） WFES傳感器在掃描具有受試者1指紋結(jié)構(gòu)的Si微帶（λs30、λs50、λs100和光滑的Si表面）時在1 mm s-1處產(chǎn)生的振動光譜；插圖顯示了微帶樣品的圖像。C） 不同掃描速度下的振動光譜。D） 振動光譜中的特征峰、測試樣品的脊間距離和掃描速度之間的關(guān)系，分別以男性受試者（受試者1）和女性受試者的指紋圖案作為傳感器的外部結(jié)構(gòu)。

圖4. 不同傳感器結(jié)構(gòu)對捕獲的振動信號的影響。A） 通過以15 mm s?1的平均速度手動掃描各種印刷微帶，具有條紋結(jié)構(gòu)（λf220）的傳感器獲得了振動光譜。B） 通過掃描具有不同脊間距離的WFES傳感器的微帶（λs900）來獲得振動光譜。C） 通過掃描具有不同脊深的WFES傳感器的微帶（λs900）來獲得振動光譜。D） 通過掃描具有不同脊寬的WFES傳感器的微帶（λs900）來獲得振動光譜。E） 傳感器結(jié)構(gòu)的脊間距、掃描樣本的脊間距和特征頻率之間的關(guān)系。F） 比較不同脊深和脊寬的傳感器結(jié)構(gòu)對振動信號振幅的影響。

圖5. 織物紋理識別測試。A） WFES傳感器和織物之間相互作用的示意圖。B） 通過光學(xué)輪廓儀測量了四種織物（斜紋棉、燈芯絨、70%棉+30%聚酯和聚酰胺）的3D織物表面輪廓圖像。C） 通過使用線性致動器（WFES傳感器）I）、PGI輪廓儀II）和手動掃描（WFES傳感）III）掃描四種織物（斜紋棉、燈芯絨、70%棉+30%聚酯和聚酰胺）獲得振動光譜。D） 四種實驗條件下織物脊間距離測量的比較。

圖6. 測試指紋圖案類型對織物紋理識別信號的影響。A） 這項研究選取了四位來自政治和民權(quán)領(lǐng)域的有影響力人物的指紋作為樣本。B）比較從著名政治和民權(quán)領(lǐng)袖的WFES傳感器獲得的振動光譜。

傳感動態(tài)

【臺積電 2024 年第二季度凈利潤 2478.5 億新臺幣，同比增長 36.3%】

7 月 18 日消息，臺積電今日公布 2024 年第二季財務(wù)報告，合并營收約 6735.1 億元新臺幣，凈利潤約 2478.5 億元新臺幣（當(dāng)前約 553.7 億元人民幣），每股盈余為 9.56 元新臺幣（折合美國存托憑證每單位為 1.48 美元）。

與去年同期相較，臺積電 2024 年第二季營收增加了 40.1%，凈利潤與每股盈余均增加了 36.3%。

與前一季相較，臺積電 2024 年第二季營收增加了 13.6%，凈利潤增加了 9.9%。

從出貨情況來看，3nm 制程出貨占臺積電 2024 年第二季晶圓銷售金額的 15%，5nm 制程出貨占全季晶圓銷售金額的 35%，7nm 制程出貨則占全季晶圓銷售金額的 17%。

總體而言，先進(jìn)制程（包含 7nm 及更先進(jìn)制程）的營收達(dá)到全季晶圓銷售金額的 67%。

【漢威科技：設(shè)立光電公司，建設(shè)光電子器件產(chǎn)線，公司將提供自主可控激光器件及模組整體方案】

7月16日消息，有投資者在互動平臺向漢威科技提問：董秘你好，您做為鄭州威晶光電科技有限公司的負(fù)責(zé)人，想請您介紹下公司的產(chǎn)品，以及目前的業(yè)績情況，謝謝！

公司回答表示：公司分別設(shè)立了鄭州威晶光電、鄭州新威光電以及威晶光電深圳分公司，建設(shè)了完整的光電子器件產(chǎn)線，實現(xiàn)光電子器件系列產(chǎn)品的覆蓋，主要業(yè)務(wù)產(chǎn)品為TO封裝激光器、蝶形封裝激光器器件的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。未來公司將充分發(fā)揮中原總部研發(fā)創(chuàng)新、生產(chǎn)制造能力，同時發(fā)揮深圳激光器行業(yè)區(qū)位優(yōu)勢與發(fā)展創(chuàng)新潛能，以自身全面的研發(fā)制造能力結(jié)合漢威科技集團總部的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈優(yōu)勢，為客戶提供完全自主可控的激光器器件及模組整體方案。

審核編輯 黃宇