【潮新聞】牛！寧波科學家創(chuàng)制的這種薄膜能為機器人打造“感知皮膚”
潮新聞 記者 翁云騫 通訊員 宣科 高曉靜
隨著AI技術的發(fā)展，越來越多科研團隊和制造業(yè)企業(yè)向“人形機器人”賽道進軍。不過，要讓人形機器人擁有和人類一樣的感知能力，還得為其穿上一層“電子皮膚”。這就涉及到柔性電子學這個新興學科。
近日，2022年寧波市科學技術進步獎揭曉，中國科學院寧波材料所“柔性磁性薄膜的物性調(diào)控與柔性磁傳感器”項目獲一等獎。項目瞄準的，正是全世界科學家爭相發(fā)力的柔性電子技術方向。
“首先我們要了解柔性磁性材料，如常見的鐵、鈷、鎳等的生長規(guī)律以及在特定條件下磁性的演化規(guī)律；在此基礎上，結合微觀結構設計，我們可以制備拉伸穩(wěn)定的柔性磁性結構，進而為制造柔性磁傳感器等先進器件提供理論與材料技術支持?！睂幉ú牧纤芯繂T劉宜偉博士告訴記者。
作為國內(nèi)最早開始柔性磁性薄膜制備及物性調(diào)控研究的團隊之一，寧波材料所黨委書記李潤偉研究員帶領大家從制備工藝入手，努力讓剛性磁性材料柔性化，并探索柔性磁性材料物性的調(diào)控規(guī)律與微觀機理，揭開柔性磁性材料從制備到器件、從宏觀到微觀的諸多奧秘。
團隊負責人李潤偉研究員在指導學生
將剛性磁性材料柔性化，目前主流的路徑是通過物理氣相沉積方法，讓納米級的磁性原子團“長”到柔性襯底上。
聽起來雖然容易，但剛性的磁性材料與柔性襯底的機械性能相差甚遠，給連續(xù)、均勻磁性薄膜的生長帶來很大挑戰(zhàn)。
“剛開始那兩三年，實驗室制備出來的柔性磁性薄膜機械性能十分不穩(wěn)定，生長好的薄膜，剛從真空腔體取出來，表面就已形成很多裂紋?！眲⒁藗パ芯繂T介紹，此后，團隊通過調(diào)控柔性襯底的模量、設計微結構等，比如將柔性磁性薄膜直接設計成可拉伸的“手風琴”構造……通過不斷調(diào)整硬磁材與軟襯底之間的“適配性”，終于生長出了連續(xù)、均勻的柔性磁性薄膜。
制備只是第一步，搞清楚特殊條件下柔性磁性薄膜的物性演化規(guī)律才是關鍵。
劉宜偉研究員介紹，磁性薄膜的磁性來源于微觀的磁疇結構。當把磁性薄膜柔性化后，彎曲或拉伸等特殊條件就會使得磁疇方向發(fā)生變化，進而影響磁性。
通過長期試驗試錯，寧波材料所的科研人員精準觀測和總結了不同磁性材料在“柔性化”之后的性能變化情況和微觀機制。同時，借助一系列微觀“應力工程”方案設計，實現(xiàn)了柔性磁性薄膜在大應變下磁性能的穩(wěn)定性，建立起10幾種柔性磁性材料物性調(diào)控及器件設計方案的“數(shù)據(jù)庫”。
“有了這個數(shù)據(jù)庫，未來要定制不同性能的柔性磁性薄膜，就只需‘按圖索驥’進行調(diào)配，很方便?！眲⒁藗フf。
在此基礎上，團隊還獲得了在大形變下性能穩(wěn)定的柔性磁傳感器，應用于三維觸覺傳感器中，可以實現(xiàn)不同方向應力的識別；應用于仿生觸覺傳感器領域，率先實現(xiàn)了微應力感知與同步數(shù)字信號輸出。這為機器人皮膚感知應用邁出了關鍵的一步。
每個手指都搭載有可拉伸彈性傳感器的康復手套，可應用于VR游戲、手部康復和人機交互等領域
一項基礎研究新成果，往往可以推動相關領域實現(xiàn)跨越式發(fā)展。在劉宜偉看來，得益于在柔性磁電功能薄膜方向上從基礎研究到產(chǎn)業(yè)化的布局，寧波在柔性顯示、柔性傳感等領域已獲得巨大先發(fā)優(yōu)勢。
譬如去年，寧波高新區(qū)柔性電子未來產(chǎn)業(yè)先導區(qū)就成功入選浙江省首批未來產(chǎn)業(yè)先導區(qū)培育創(chuàng)建名單。當?shù)刈ゾo布局謀劃，助力實驗室里的前沿技術，更好地轉化成新興產(chǎn)業(yè)集群。
據(jù)介紹，寧波材料所柔性磁電功能材料與器件團隊將以智慧醫(yī)療健康、機器人等產(chǎn)業(yè)對柔彈性磁電功能材料與器件的重大需求為牽引，突破制備、加工及應用的關鍵技術，努力搶占“彈性電子技術”的科技制高點，為打造寧波材料所“彈性電子”的標簽，推動寧波及浙江省柔性電子未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展作出貢獻。
（原文發(fā)布于2023年8月29日潮新聞客戶端）
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