格拉斯哥大学开发能自行发电的太阳能电子皮肤

科学家们展示了一种创新方法 -- 无需使用专用触摸传感器的触摸和近距离感应功能的电子皮肤

复制人类的触摸感是很复杂的——电子皮肤需要柔软、有弹性、且对温度、压力和质地敏感；它们需要能够读取生物数据并提供电子读数。因此，如何为电子皮肤供电以连续实时使用是一个很大的挑战。

为了解决这个问题，格拉斯哥大学的研究人员开发了一种由微型太阳能电池制成的无需专用触摸传感器的电能发电电子皮肤。太阳能电池不仅产生自己的能量而且还为触摸和接近感应提供触觉功能。他们发现的早期观点论文发表在IEEE Transactions on Robotics上。

当暴露在光源下时，s-skin上的太阳能电池产生能量。如果被附近的物体遮挡，光的强度以及因此产生的能量会降低，当机械臂与物体接触并确认触摸时，其强度会降低至零。在这样的模式下，光强度会告诉您对象相对于单元的距离。格拉斯哥大学James Watt工程学院可弯曲电子和传感技术（Bendable Electronics and Sensing Technologies，BEST）小组的Ravinder Dahiy说：“你可以实时比较光强度……校准后找出距离。”研究小组使用红外线LED和太阳能电池进行近距离感应，以获得更好的效果。

为了证明其概念，研究人员将3D打印的通用机械手包裹在太阳能皮肤上，然后记录下来与环境互动的数据。概念验证测试显示，机械臂手掌的能量盈余为383.3 mW。他们在论文中报告说：“如果eSkin遍布全身，则可以产生超过100W以上的功率。”

Dahiya说：“如果你看看自主的、电池驱动的机器人，那么要消耗大量能量的电子皮肤，这是一个大问题，因为这样会导致操作时间缩短。另一方面，如果你有一个能产生能量的皮肤，那么……因为你可以在手术过程中继续充电，所以它可以缩短手术时间。”他说，本质上，他们把如何将皮肤的大面积电能转化为一种能源的挑战变成了机遇。

除了在机器人领域的明显应用外，Dahiya还设想了BEST创新型电子皮肤的众多应用，因为它具有材料集成传感能力。例如，在假肢领域：“我们使用太阳能电池本身作为触摸传感器……我们也使它比其他电子皮肤体积更小。”他补充说，这将有助于制造重量和尺寸最佳的假肢，从而使假肢使用者更容易使用。“如果你看一下电子皮肤研究，真正的行动是在它接触之后开始的……太阳能皮肤是一个进步，因为它会在物体接近时开始工作……并且有更多的时间准备行动。”这可以有效地减少大脑-计算机接口中经常出现的时间延迟。

自动化领域也有可能，特别是电动和交互式车辆。一辆覆盖着太阳能电子皮肤的汽车，由于其近距离感应能力，能够“看到”接近的障碍物或人。Dahiya澄清说，这不是生物学意义上的“看”，而是从机器的角度来看。它可以与其他对象集成，而不仅仅是汽车，可用于各种用途。“手势也可以识别…这可以用于基于手势的控制……在游戏或其他领域。”

在实验室里，测试是用一个650 lux的白光源进行的，但是Dahiya觉得如果他们可以使用多个不同的光源，那么这些光源是很有意思的。“我们正在探索不同的人工智能技术，”他说，“以一种创新的方式处理数据，这样我们就能识别光源和物体的方向。”

BEST团队的成就让我们更接近一种既能触摸又能“看”的灵活、自我供电、经济高效的电子皮肤，然而，目前仍存在一些挑战。其中之一就是灵活性。在他们的原型中，他们使用了由非晶硅制成的商业太阳能电池，每一块尺寸为1厘米x 1厘米。Dahiya说：“它们不是柔性的，但它们集成在一个柔性基板上。我们目前正在探索基于纳米线的太阳能电池……我们希望利用它在能源和传感功能方面取得良好的性能。”另一个缺点是Dahiya所说的“集成挑战”——如何使太阳能电池皮与不同的材料协同工作。

原文标题：有光就可以 太阳能电子皮肤能自行发电

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责任编辑：haq