Тренд 1: Эластичная и гибкая кожа E
Обзор технологических приемов
Традиционные эскины теряют точность измерения при растяжении, что ограничивает их применение на движущихся телах или конечностях роботов. Исследователи из Техасского университета в Остине разработали эластичную электронную кожу, которая сохраняет стабильное давление даже при деформации.
Материал сочетает в себе ёмкостные и резистивные характеристики в гибридном датчике давления, позволяя роботизированной руке ощущать мягкие предметы, не сдавливая их. Команда планирует использовать эскин на роботах-медсёстрах и поисково-спасательных роботах. Параллельно инженеры Массачусетского технологического института разработали метод выращивания и снятия сверхтонких «кож» электронного материала; в ходе их демонстрации была получена пироэлектрическая мембрана толщиной 10 нанометров, высокочувствительная к дальнему инфракрасному излучению.
Поскольку пленка не требует охлаждения, она может использоваться в лёгких очках ночного видения и гибких датчиках. Процесс отслаивания и укладки, основанный на дистанционной эпитаксии, позволяет производить ультратонкие плёнки многократно. Эти достижения иллюстрируют, как эластичные подложки и микротолстые плёнки делают eskin более универсальным и удобным для ношения.
Катализаторы инноваций
- Робототехника и вспомогательный уход: Роботы, оснащенные эластичной кожей, могут выполнять деликатные задачи, например, проверять пульс пациента или перемещать хрупкие предметы, решая проблему нехватки персонала по уходу за больными и обеспечивая возможность оказания удаленной медицинской помощи.
- Легкие датчики: Сверхтонкие пироэлектрические пленки уменьшают вес и устраняют необходимость в громоздких охлаждающих компонентах, открывая путь для портативных очков ночного видения и датчиков окружающей среды.
- Повторяемость производства: Методы удаленной эпитаксии и отслаивания и штабелирования позволяют использовать многоразовые подложки и производить высокопроизводительные нанопленки.
- Гибридное зондирование: Сочетание емкостных и резистивных откликов повышает точность при растяжении и позволяет устройствам сохранять чувствительность к давлению.
Ключевые игроки и инновации
- Техасский университет в Остине: Разработана эластичная электронная кожа с гибридным датчиком давления, сохраняющим точность измерения силы при деформации.
- Массачусетский технологический институт и Висконсинский университет: Демонстрация 10-нм пироэлектрической пленки, обладающей высокой чувствительностью во всем инфракрасном спектре и не требующей охлаждения, что позволяет создавать легкие приборы ночного видения.
- Интеллектуальные технологии Huaweike (Китай): Создана роботизированная рука, покрытая электронной кожей, содержащая около 100 микросенсорных точек; компания повысила чувствительность с обнаружения 10 г до 1 г силы после обширных НИОКР.
- Хуачжунский университет науки и технологий и Huaweike: Сотрудничество в рамках смешанной модели, объединяющей университетских исследователей с промышленностью для ускорения инноваций в области материалов и производства.
Приобретения и сотрудничество
- Исследователи Техасского университета в Остине подали предварительный патент на растягиваемую электронную кожу и изучают возможность сотрудничества с компаниями, занимающимися робототехникой, с целью коммерциализации этой технологии.
- команда Массачусетского технологического института сотрудничал с Висконсинским университетом и другими институтами с целью разработки пироэлектрической пленки; этот метод можно распространить и на другие полупроводниковые материалы.
- Huaweike в сотрудничестве с Университетом Хуачжун были преодолены проблемы с материалами и оборудованием, что привело к созданию прочной электронной кожи, изготовленной методом рулонной печати
Тренд 2: Самовосстанавливающаяся и долговечная электронная кожа
Обзор технологических приемов
- Долговечность была основным препятствием для практического применения электронной кожи. Исследователи из Института биомедицинских инноваций Терасаки сообщили о создании самовосстанавливающейся электронной кожи, которая восстанавливается за считанные секунды после повреждения. Эскина восстанавливает более 80% своей функциональности в течение 10 секунд — значительное улучшение по сравнению с предыдущими самовосстанавливающимися материалами, восстановление которых занимало минуты или часы.
- Материал сочетает в себе сверхбыстрое самовосстановление и надёжную работу в экстремальных условиях, а также интегрируется с системой мониторинга здоровья на основе искусственного интеллекта. Он определяет усталость и мышечную силу в режиме реального времени, что позволяет применять его в спорте, реабилитации и для ежедневного мониторинга здоровья.
Катализаторы инноваций
- Быстрый самостоятельный ремонт: Сверхбыстрое заживление устраняет хрупкость носимой электроники и обеспечивает бесперебойную работу во время.
- Диагностика с использованием ИИ: Интеграция алгоритмов искусственного интеллекта позволяет самовосстанавливающейся электронной коже определять усталость и мышечную силу, обеспечивая персонализированное здоровье.
- Экологическая устойчивость: Технология работает в сложных условиях, например, под водой или при переменных температурах, что повышает ее полезность в спорте.
- Пользовательский спрос: Растущий интерес к мониторингу усталости и стресса в режиме реального времени стимулирует разработку долговечных самовосстанавливающихся носимых устройств.
Ключевые игроки и инновации
- Институт биомедицинских инноваций Терасаки: Разработана самовосстанавливающаяся электронная кожа, которая восстанавливается за считанные секунды и оснащена ИИ для измерения усталости.
- Исследовательская группа Science Advances: продемонстрировано, что электронная кожа способна самовосстанавливаться, восстанавливая 80% функциональности в течение 10 секунд и сохраняя работоспособность в экстремальных условиях.
Приобретения и сотрудничество
- Исследование проводилось в сотрудничестве с несколькими учреждениями и было опубликовано в журнале Science Advances; ожидается дальнейшее сотрудничество с производителями носимых устройств.
Тренд 3: Мультимодальная и интегрированная с ИИ электронная оболочка
Обзор технологических приемов
Человеческая кожа способна одновременно ощущать давление, температуру, сдвиг и боль. Воспроизведение этой мультимодальной сенсорики в электронике требует комбинирования различных типов датчиков и обработки огромных потоков данных. Исследователи из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Кембриджского университета создали недорогую и прочную роботизированную кожу, которая служит единым мультимодальным датчиком.
Вместо встраивания отдельных датчиков давления, температуры или повреждения, вся гидрогелевая кожа является проводящей и может различать различные типы прикосновений благодаря алгоритмам машинного обучения. В ходе испытаний 32 электрода, размещённых на запястье, собрали более 1.7 миллиона точек данных по всей руке.
Команда использовала эти данные для обучения модели для распознавания ударов, нагрева, порезов и точек множественного контакта. Такая мультимодальная эскина не только упрощает производство, но и предоставляет обширные сенсорные данные для алгоритмов искусственного интеллекта.
Катализаторы инноваций
- Упрощенная архитектура: Превращая весь материал в датчик, устраняется необходимость в отдельных модулях, что снижает сложность и стоимость.
- Интеграция машинного обучения: Модели ИИ могут классифицировать различные стимулы из мультимодальных сигналов, позволяя роботам интерпретировать сложную тактильную информацию.
- Данные высокой плотности: Сотни тысяч точек данных позволяют составить подробную карту распределения давления и распознавать объекты.
- Универсальные приложения: Мультимодальная эскина может улучшить протезирование, гуманоидную робототехнику, автомобильную безопасность и роботов для ликвидации последствий стихийных бедствий.
Ключевые игроки и инновации
- UCL и Кембриджский университет: Разработана многомодальная проводящая гидрогелевая кожа; использовано машинное обучение для распознавания различных прикосновений и интегрировано более 860,000 XNUMX путей.
- Институт Терасаки и другие: Их самовосстанавливающаяся кожа интегрирует ИИ для мониторинга состояния здоровья.
- Сообщество носимых датчиков с интегрированным ИИ: Обзоры показывают, как машинное обучение улучшает анализ данных и диагностику в носимых датчиках деформации, обеспечивая раннее обнаружение и персонализированный мониторинг состояния здоровья.
Приобретения и сотрудничество
- Проект UCL–Кембридж Проект финансировался Глобальной программой исследований Samsung и Научно-исследовательским советом по инженерным и физическим наукам Великобритании.
- Сотрудничество между учеными-материаловедами и исследователями искусственного интеллекта ускоряет разработку мультимодальных эскин.
Тренд 4: Магниторецептивная и энергоэффективная электронная кожа
Обзор технологических приемов
- Помимо тактильных ощущений, электронные кожные покровы расширяют возможности обнаружения магнитного поля и других сенсорных модальностей. Исследователи из Центра Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе (HZDR) разработали магниточувствительную эскоину, способную обнаруживать и точно определять местоположение магнитных полей с помощью одного глобального датчика..
- Кожа состоит из тонкой, прозрачной, перфорированной мембраны с магниточувствительным слоем; изменения магнитного сопротивления обрабатываются центральным блоком с помощью томографии для реконструкции положения магнитных сигналов.
- Поскольку вся мембрана выполняет функцию датчика, система сокращает количество электронных компонентов, снижая энергопотребление и вес. Технология обеспечивает бесконтактное взаимодействие с устройствами и может работать под водой или в экстремальных условиях.
Катализаторы инноваций
- Бесконтактные интерфейсы: Магниторецептивные электронные покрытия обеспечивают бесконтактное взаимодействие в виртуальной реальности или подводных средах.
- Энергоэффективность: Использование глобальной сенсорной поверхности и томографии снижает потребность в нескольких датчиках и батареях.
- Проницаемость и комфорт: Тонкие воздухопроницаемые мембраны позволяют коже дышать, что повышает удобство ношения.
- Надёжность: Магнитные датчики менее подвержены электрическим помехам, что делает их пригодными для роботов, работающих в сложных или шумных условиях.
Ключевые игроки и инновации
- ХЗДР: Представлена легкая, прозрачная кожа, которая обнаруживает магнитные поля с помощью одного датчика и обрабатывает сигналы с помощью томографии.
- Павел Макушко и Денис Макаров: Руководил исследованием и рассказал о том, как эскин имитирует взаимодействие кожи и мозга.
- Разработчики приложений: Технология открывает возможности для перчаток виртуальной реальности, подводных смартфонов и робототехники.
Приобретения и сотрудничество
- Команда HZDR сотрудничает с научными партнерами для масштабирования магниторецептивной кожи и изучения коммерциализации..
Тенденция 5: Рост рынка и промышленное внедрение
Обзор технологических приемов
Продукция Eskin перешла от лабораторных демонстраций к коммерческим устройствам. Электронные пластыри доминируют в продажах благодаря своему широкому применению для мониторинга состояния здоровья и лечения хронических заболеваний. Анализ рынка предсказывает, что электронные костюмы, покрывающие большие участки тела и обеспечивающие мониторинг всего организма, будут демонстрировать самый быстрый рост, способствуя реабилитации и повышению спортивных результатов.
Электрофизиологические датчики, измеряющие электрическую активность мышц, нервов и сердца, приносят наибольшую долю дохода, в то время как биосенсоры для биохимического мониторинга являются самой быстрорастущей категорией. Такие компоненты, как электроактивные полимеры, обеспечивают гибкость и прочность, а растяжимые схемы позволяют создавать устройства, адаптирующиеся к сложным формам тела.
Катализаторы инноваций
- Спрос на здравоохранение: Рост числа хронических заболеваний и необходимость удаленного мониторинга стимулируют внедрение пластырей Eskin.
- Спорт и реабилитация: Костюмы eskin для всего тела позволяют в режиме реального времени измерять движение и активность мышц, что повышает спортивные результаты и скорость реабилитации.
- Материальные прорывы: Электроактивные полимеры и растягивающиеся цепи повышают гибкость и долговечность.
- Новые приложения: Эскин находит возможности трудоустройства в сферах систем доставки лекарств, косметики, робототехники и потребительской электроники, создавая разнообразные источники дохода.
Ключевые игроки и инновации
- MC10, Inc.: Выпускает носимый пластырь BioStamp RC для мониторинга жизненно важных показателей и контроля гидратации.
- Xenoma Inc.: Предлагает одежду eskin Sleep & Lounge и тренировочный костюм eskin EMStyle, в одежду которого встроены датчики.
- VivaLNK, Inc.: Выпускает на рынок пластыри Vital Scout и Fever Scout для мониторинга стресса и температуры; в партнерстве с Reckitt Benckiser осуществляет дистрибуцию приборов непрерывного мониторинга температуры по всему миру.
- Gentag, Inc.: Разрабатывает NFC-нашивки на кожу и беспроводные датчики кожи.
- Bloomlife: Предоставляет интеллектуальные трекеры беременности, которые отслеживают схватки.
- Диалог Полупроводник: Поставляет маломощные Bluetooth SoC и интегральные схемы беспроводной зарядки для устройств Eskin.
- Rotex Inc., Intelesens Ltd., Immageryworks Pty Ltd, Plastic Electronic GmbH: Предлагаем пластыри и гибкие датчики для применения в здравоохранении и промышленности.
- Huaweike: Масштабное производство чувствительной кожи с использованием рулонной печати, что позволяет применять ее в роботизированных руках и для обнаружения льда на ветряных турбинах.
Приобретения и сотрудничество
- VivaLNK и Reckitt Benckiser: Налажено партнерство с целью распространения пластырей для мониторинга температуры по всему миру.
- Huaweike и Университет Хуачжун: Создана смешанная команда из представителей промышленности и науки для решения проблем с материалами и разработки печатного оборудования.
- Многоинституциональные альянсы: Многие инновации в области eskin являются результатом сотрудничества университетов, научно-исследовательских институтов и корпораций, например, партнерства Массачусетского технологического института и Вашингтонского университета по сверхтонким пленкам и проекта UCL и Кембриджа, финансируемого Samsung и британским EPSRC.
