인공 지능의 발전으로 환경을 인식하고 인간-기계와 매끄럽게 연결된 점점 더 유연한 센서를 실현할 수 있습니다. 많은 유연한 센서 중에서 가장 널리 연구된 것은 전자 피부입니다. 전자 피부는 생물학적 피부 감지 환경을 모방한 센서 어레이(압력 센서, 온도 센서, 습도 센서, 스트레인 센서 등 포함)입니다. 간단한 구조를 가지고 있으며 피부나 장비 표면에 부착할 수 있습니다.



생체 피부에는 다양한 모양, 질감, 온도 변화 및 압력을 감지하고 이러한 복잡한 신호를 전기 신호로 변환할 수 있는 여러 유형의 조직과 신경이 있습니다. 이 전기 신호가 중앙 신경계에 의해 가공된 후에, 창조물은 할 수 있다 환경 자극은 상호 작용한다. 생물학적 피부의 작동 원리에 따라 외부 자극을 전기 신호로 변환하기 위해 다양한 전도 방법을 사용하는 것이 전자 피부 연구의 기본 이론적 기초입니다.

전자 표피는 일반적으로 전극, 유전체 재료, 활성 재료 및 유연한 기판으로 구성됩니다. 활성 기능 계층은 환경 자극을 감지 가능한 점 신호로 변환합니다. 유전체 재료는 일반적으로 전기 신호를 수신 및 전송하기 위한 활성 기능층의 양쪽에 전극층으로 사용되며 유연한 기판은 생물학적 피부를 보장하면서 전자 피부를 운반하는 역할을 합니다. 또는 다른 재료의 호환성.



전자 피부의 원리는 복잡하지 않지만, 외부 부품으로서의 전자 피부는 쉽게 손상되고 잦은 변형 특성을 겪기 때문에 재료 선택에 큰 어려움을 겪습니다. 유연한 기판 및 활성 물질은 전자 스킨의 개발 및 선택에 매우 중요합니다.
 
유연한 기판
기존 센서는 일반적으로 무기 실리콘을 기반으로 합니다. 플렉시블 센서에 사용되는 플렉시블 기판은 무기 실리콘 기판의 절연 외에도 투명하고 부드러워야 미적이고 복잡한 기계적 변형을 달성할 수 있습니다. 기존의 연성 기판에는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리우레탄(PU)이 포함됩니다. 전자 스킨은 PDMS와 PI를 기판으로 채택합니다. 이는 PDMS가 유연성과 유연성이 우수하고 PDMS가 전자 재료와의 접착력이 우수하기 때문입니다. PDMS는 구조적 요구 사항을 충족하기 위해 특정 기하학적 모양으로 준비할 수 있습니다. PI는 절연 및 화학적 안정성이 우수할 뿐만 아니라 강한 굽힘 특성을 가지며 큰 응력 조건에서도 물리적 손상이 없어 전자 스킨에 널리 사용됩니다.




활성 기능 계층
활성 기능층은 전자 피부의 가장 중요한 구성 요소입니다. 온도, 습도, 압력과 같은 환경적 자극을 전기 신호를 통해 정량적으로 표현하고, 전자 피부에 환경을 인식할 수 있는 능력을 부여합니다. 일부 고정밀 플렉시블 센서는 사람의 피부보다 훨씬 더 민감하며 호흡으로 인한 미세한 공기 변동과 심장 박동 진동을 구별할 수 있습니다.



전자 피부 기능 층에 대한 연구에서 압력 기능 층에서 가장 널리 연구되는 촉각 등급을 압력 전자 피부 또는 촉각 전자 피부라고 합니다. 기능층의 원리에 따라 압력 전자 표피는 압전 저항 유형, 압력 용량 성 유형, 압전 유형 및 마찰 전기 유형으로 나뉩니다.


압전 저항 유형: 외력은 저항의 변화(적용된 압력의 제곱근에 비례)로 변환되어 전기 테스트 시스템으로 외력의 변화를 간접적으로 쉽게 감지할 수 있습니다. 전도성 물질 사이의 전도성 경로의 변화는 압전 저항 감지 신호를 얻기 위한 일반적인 메커니즘입니다. 이 센서는 간단한 장치와 신호 판독 메커니즘으로 인해 널리 사용됩니다.
압력 용량 성 유형 : 커패시턴스는 평행 플레이트 사이에 전하를 유지하는 능력을 측정하는 물리량입니다. 기존의 정전 용량 센서는 압력, 전단력 등과 같은 다양한 힘을 대향 면적 s와 평행 플레이트 간격 d를 변화시킴으로써 감지합니다. 압력 용량의 주요 장점은 힘에 민감하고 작은 정전기를 감지하기 위해 낮은 정적 에너지를 얻을 수 있다는 것입니다.

압전 유형: 압전 재료는 기계적 압력에서 전하를 생성할 수 있는 특수 재료입니다. 이 압전 특성은 존재하는 전기 쌍극자 모멘트에 의해 발생합니다. 전기 쌍극자 모멘트는 배향 된 비 중심 대칭 결정 구조의 변형 또는 전하가 공극에 유지되는 다공성 일렉 트릿의 변형에 의해 얻어집니다. 압전 계수는 압전 재료의 에너지 변환 효율을 측정하는 물리량입니다. 압전 계수가 높을수록 에너지 변환 효율이 높아집니다. 고감도, 빠른 응답 및 고전압 전기 압전 재료는 압력을 전기 신호로 변환하는 센서에 널리 사용됩니다.

탄소나노튜브(CNTs)와 그래핀은 기계적 성질과 화학적 안정성이 우수합니다. 그들은 또한 매우 높은 전자 수송 능력을 가지고 있으며 전자 이동도는 10,000 cm2 V-1S-1 ~ 20000 cm2 V-1S-1에 이릅니다. 그것은 우수한 압전 저항 및 압전 특성을 가지며 압전 및 압전 활성 기능층을 위한 우수한 재료입니다. 단순 실리콘(Si), 산화아연(ZnO), 갈륨 비소(GaAs) 및 카드뮴 셀레나이드(CdSe)는 이러한 재료를 엘라스토머(PDMS, 스폰지)와 함께 사용할 수 있을 때 대면적 플렉시블 전자 전자 피부에 사용하기 어렵습니다. , 다공성 물질) 유기 배합은 효율적인 활성 물질로 만드는 것입니다.



요약
재료 과학, 유연한 전자 장치 및 나노 기술의 급속한 발전으로 전자 피부 감도, 범위, 크기 및 공간 해상도의 기본 성능이 인간의 피부를 넘어 빠르게 향상되었습니다. 동시에 힘, 열, 습도, 가스, 생물학, 화학 및 기타 다중 자극 해상도의 감지 요구 사항에 적응하기 위해 장치 설계가 더 컴팩트하고 통합 방식이 더 성숙합니다. 생체 적합성, 생분해성, 자가 수리, 자체 에너지 및 시각화와 같은 실용적인 기능을 갖춘 스마트 센서 장치도 등장했습니다. 또한, 전자 스킨은 또한 통합을 향해 나아가고 있습니다., 즉, 터치 센서는 특정 애플리케이션을 위한 관련 기능 구성 요소(예: 전원 공급 장치, 무선 트랜시버 모듈, 신호 처리, 액추에이터 등)와 효과적으로 통합되어 우수한 유연성, 공간 적응성 및 기능적 웨어러블 플랫폼을 생성합니다. 이러한 과제를 해결하는 것은 새로운 기회를 가져오고 관련 재료 준비, 장치 처리 및 시스템 통합에 대한 미래 방향을 제시할 것입니다. 전자 피부가 더 유연하고, 더 얇고, 지능적이고, 다기능적이고, 인간화될 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다.