【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，秦皇島分校光學(xué)工程學(xué)科蘇麗副教授在自供能可視化傳感器及其在人工智能感知系統(tǒng)中的應(yīng)用領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果以“Self-Powered Visualized Tactile-Acoustic Sensor for Accurate Artificial Perception with High Brightness and Record-Low Detection Limit”(自供電可視化觸覺-聲學(xué)傳感器用于高亮度、低檢測(cè)限的高精度人工感知)為題發(fā)表于綜合領(lǐng)域國際頂級(jí)刊物Science子刊Science Advances。蘇麗為論文的第一作者，香港科技大學(xué)(廣州)訾云龍教授、中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士、秦皇島分校趙勇教授為通訊作者，2023級(jí)碩士生李俊寰、趙國棟參與了研究，東北大學(xué)秦皇島分校為第一完成單位。該成果促進(jìn)了分校光學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展，提升了海洋光電信息感知研究團(tuán)隊(duì)成果水平，有力支撐了分校內(nèi)涵式、差異化特色發(fā)展。
 

　　通過眼睛和大腦之間的密切協(xié)調(diào)，視覺信息能夠被視網(wǎng)膜檢測(cè)和預(yù)處理，而后傳輸?shù)揭曈X皮層進(jìn)行進(jìn)一步的復(fù)雜感知處理。因此，人工可視化智能感知系統(tǒng)對(duì)于人工智能(AI)和人機(jī)交互(HMI)的發(fā)展必不可少。目前，基于不同類型電傳感器的傳統(tǒng)人工智能感知系統(tǒng)通常具有復(fù)雜的電路和電磁干擾，這對(duì)大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)(IOTs)的應(yīng)用是不利的。自供能可視化傳感器可以通過集成自發(fā)光傳感器和人工突觸功能來模擬人工可視化感知系統(tǒng)，基于人類可讀的可見光信號(hào)，無需電線連接，也不受電磁干擾，能夠成為一種替代的通信方法。截至目前，力致發(fā)光(ML)因其對(duì)機(jī)械刺激的快速響應(yīng)成為了制造自供能可視化傳感器的最具代表性的技術(shù)之一。然而，基于該技術(shù)的高精度識(shí)別仍然存在問題。一方面，觸發(fā)閾值太高，無法對(duì)聲波等微弱的機(jī)械刺激進(jìn)行感測(cè)。另一方面，低發(fā)光強(qiáng)度限制了其在照明條件下的應(yīng)用范圍。因此，ML的低靈敏度已成為其應(yīng)用的主要制約因素，亟需開發(fā)創(chuàng)新的傳感技術(shù)。
 

　　基于摩擦起電和電致發(fā)光效應(yīng)的摩擦起電誘導(dǎo)電致發(fā)光(TIEL)作為一種新式ML被提出并引起了廣泛關(guān)注。它可以將溫和的機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)發(fā)光，為可視化傳感器的開發(fā)提供了創(chuàng)新方案。當(dāng)兩種不同的材料彼此動(dòng)態(tài)相互作用時(shí)，由它們界面處的摩擦起電效應(yīng)產(chǎn)生的表面電荷會(huì)在電致發(fā)光材料中產(chǎn)生快速變化的電場(chǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)具有簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、低觸發(fā)閾值、高響應(yīng)性、優(yōu)異的可重復(fù)性和穩(wěn)定性等特性的高效電致發(fā)光。特別是TIEL具有廣泛的材料選擇和更靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有利于優(yōu)化復(fù)合材料的組件和架構(gòu)，擁有在各種環(huán)境中超靈敏的機(jī)械傳感潛力，特別是人工可視化智能感知系統(tǒng)。因此，本工作提出了一種基于摩擦誘導(dǎo)電致發(fā)光(TIEL)單元的新型自供能可視化觸覺-聲學(xué)傳感器(SVTAS)。在水平滑動(dòng)(HS)模式下它具有0.5 mW cm-2(32 cd m-2)的高亮度和0.5 kPa的低檢測(cè)限值。同時(shí)，SVTAS能夠在接觸分離(CS)模式下將聲波刺激轉(zhuǎn)換為TIEL信號(hào)，對(duì)44.07 Hz的聲音表現(xiàn)出最高的響應(yīng)，信噪比(SNR)高達(dá)8.7 dB-1，并具有0.8 ms的超快響應(yīng)時(shí)間。此外，基于SVTAS構(gòu)建的先進(jìn)人工可視化智能感知系統(tǒng)，在識(shí)別運(yùn)動(dòng)軌跡和不同單詞/句子的人類語音方面具有出色的性能。這項(xiàng)研究為新一代自供電可視化智能感知系統(tǒng)的高效和可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了新的可能性，同時(shí)為無電磁干擾的無線通信提供了新型解決方案。
 

　　圖 SVTAS的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用。在觸覺和聲音刺激下測(cè)量的光電壓表明了SVTAS的高亮度發(fā)光和低檢測(cè)限值。