灵活，透明，超灵敏的压力传感器的多应用场景

作者：Gabriela Lee 和Tingrui Pan

作者介绍：

Gabriela Lee，MS，MBA，TacSense Inc.的业务发展顾问。她获得加州大学戴维斯分校的生物医学工程和MBA学位。

Tingtii Pan博士是TacSense公司的创始人兼首席科学家，加州大学戴维斯分校生物医学工程系的教授。 他的研究兴趣包括灵活的传感/可穿戴技术，微流体/芯片实验室，纳米材料/生物加工，移动和个性化医疗等广泛领域。 潘教授在同行评议的期刊和会议刊物上发表了100多篇文章，拥有20多项美国专利和专利申请。 他获得明尼苏达大学生物医学工程硕士学位，电子工程硕士学位和博士学位。

对应技术创新在许多层面上改善我们的生活，大家已经习以为常。 社会经济的发展正在使消费者，各种规模的创业公司和投资者联合起来，创造了更多的机会。 在医疗保健方面，人口日益老龄化意味着对医疗服务的需求将继续扩大，找到有效的方式来提供这些服务的压力也会增加。 生命科学中提高生命质量和延长其长度的发现不断从研究实验室流向主流。 消费者想要控制改善他们的健康状况，而且我们拥有允许他们这样做的技术，包括硬件，软件和日益便宜的数据存储和访问解决方案。

在医疗保健以外的消费电子产品中，由于互操作性的提高，物联网（IoT）最终以更切实的方式迎头赶上。我们正朝着实现所有设备按需连接的功能平台靠拢，相互协调。智能家居产品，智能汽车，自动化，增强现实技术（AR），虚拟现实技术（VR），连接性，机器学习及其多样化的应用，以及处理大数据的更多解决方案等等，这些都令人兴奋不已。

紧随这些趋势之后，医疗，消费电子，机器人，工业和汽车市场的新兴应用增加了对简单，准确，灵活和低成本传感解决方案的需求。学术界和工业界的研究人员和工程师们都开发了一系列基于压电，电阻，电容和光学技术的令人眼花缭乱的传感器。本文介绍了超电容柔性离子传感（FITS）技术，该技术符合上述要求。

加利福尼亚北部的TacSense公司开发了灵活，透明，压敏的离子材料和嵌入连续导电传感层的结构。 由此产生的纳米级离子电子膜（即“离子”+“电子”）将下一代传感技术与先进的微电子技术无缝集成在一起，非常适合各种表面拓扑和几何形状的压力和力的映射应用， 医疗，消费，工业，机器人和汽车应用。

不仅有专有的离子薄膜灵活，超灵敏，透明 - 其制造工艺也完全兼容工业规模的制造工艺。 其响应时间在毫秒范围内，至少比传统的灵活传感器快一个数量级。 整个器件封装可以薄至100微米，光学透明度大于90％。

在最近的发展中，我们将离子电子材料配置为薄膜电容式感测架构，以实现灵活而快速的响应检测。其界面电容依赖于形成双电层，其中电极上的电子和来自离子电子膜的抗衡离子在纳米距离处相互聚集并相互吸引，这导致超高的器件灵敏度，超过一千倍大于传统的固态芯片。即使经过数十万次的测试循环后，该传感器仍具有出色的重复性，并且在25°C至50°C的温度范围内具有出色的热稳定性。

为了展示其功能，我们测试了不同格式的离子膜。其灵活性和适应性使其成为可穿戴式传感器应用的理想选择，因为离子电子膜采用了其接触的弯曲和可变形的身体表面的形状。当连接到智能手表时，我们的传感器允许我们记录体力锻炼前后桡动脉的实时血压波形。我们还记录了血压波形。当它与健身或其他服装相结合时，离子薄膜可以高精度记录人的呼吸模式。离子电子织物很容易安装在指尖上，我们可以解决盲文教科书中的凸点字符。

在另一种医疗应用中，将传感器阵列并入到压缩服装中以实时测量界面压力分布数据，以定期或持续监测指导用于管理慢性静脉疾病的加压治疗所必需的界面压力。

触摸屏，触摸板和生物识别设备等消费类电子产品将大大受益于我们的离子电子传感技术及其特性，包括高灵敏度，低功耗，快速响应时间，紧凑的电路布局和简单的器件结构。

目前，TacSense在Fabronic（图1）和μSens（图2）产品线下生产和销售传感器，并开发其他产品。我们的传感器已准备好整合到针对睡眠监测，婴儿监护，老年护理，生命体征监测应用，心血管和其他医疗设备，危险环境中的机器人系统，手术机器人和其他遥感应用等领域的各种商业产品中，电子和信息娱乐系统。

总结：本文介绍了我们所认为的具有较高灵敏度的全球下一代柔性压力传感技术，并对其应用进行了讨论。