3D傳感器集成電子皮膚系統

德國開姆尼茨理工大學的研究團隊日前探索出一種新的途徑來開發極其敏感的3D磁場傳感器，該傳感器可以集成到電子皮膚系統。

研究團隊負責人指出，研究人員使用了全新的方法來實現3D設備陣列的小型化和集成，並朝着模仿人類皮膚的自然觸感邁出重要一步。我們的方法允許在3D精確的空間佈置功能傳感器元件，可以在並行製造過程中大規模生產。值得注意的是，團隊提出的傳感器系統的核心是各向異性磁阻(AMR)傳感器。AMR傳感器主要用於精確確定磁場的變化，目前多用於汽車中的速度傳感器，或確定各種機器中運動部件的位置和角度。

為了開發高度緊湊的傳感器系統，研究人員利用“微型折紙”工藝技術，該技術用於將傳感器組件折疊成三維架構，可以解析三維的磁場矢量場。“微型折紙”允許大量微電子元件安裝在狹小的空間中，並將它們排列成任何傳統微加工技術都無法實現的幾何形狀。

據了解，“微型折紙”工藝開發於二十多年前，研究團隊將3D“微型折紙”磁傳感器陣列集成到單個有源矩陣中，其中每個單獨的傳感器都可以通過微電子電路方便尋址和讀取。研究人員指出，有源矩陣磁傳感器與自組裝“微型折紙”架構的結合是一種全新的方法，可將高分辨率3D傳感系統小型化和集成。與此同時，研究團隊目前已成功將帶有磁根細毛的3D磁場傳感器集成到人造電子皮膚中。

研究人員解釋稱，電子皮膚由彈性材料製成，其中嵌入了電子設備和傳感器，這類似於與神經交織的有機皮膚。當毛髮被觸摸和彎曲時，底層的3D磁傳感器可以檢測到磁根的運動和確切位置。也就是說，傳感器矩陣不僅能夠記錄毛髮的裸露運動，還可以確定運動的確切方向。與真實的人類皮膚一樣，電子皮膚上的每一根毛髮都成為一個完整的傳感器單元，可以感知和檢測附近的變化。

研究人員表示，3D磁傳感器與磁發根之間的實時磁機耦合通過電子皮膚系統提供了一種新型的觸敏感知。當人類和機械人緊密合作時，這種能力非常重要。例如，機械人可以在有意接觸或意外碰撞即將發生之前，提前感知與人類同伴的交互，並提供許多細節。

近年來，機械人擬人化逐漸成為新的發展趨勢。研究人員指出，機械人的硬件和軟件都是模塊化運行的，很容易進行升級迭代，也可以獨立運行，有時候我們甚至不需要一個完整的機械人，就可以控制頭部，或者手臂，完成相關任務。下一步，團隊將繼續深化電子皮膚系統的應用，通過盡可能低的成本創造出更多應用，務求令模仿技術更精益求精。

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