“柔性时代”已来临 | 潜力巨大的柔性传感器产业

       目前，许多智能化的检测设备已经大量地采用了各种各样的传感器，其应用早已渗透到诸如工业生产、海洋探测 、环境保护 、医学诊断 、生物工程 、宇宙开发 、智能家居等方方面面。 随着信息时代的应用需求越来越高，对被测量信息的范围、精度和稳定情况等各性能参数的期望值和理想化要求逐步提高。针对特殊环境与特殊信号下气体 、压力 、湿度的测量需求，对普通传感器提出了新的挑战。

       面对越来越多的特殊信号和特殊环境，新型传感器技术已向以下趋势发展：开发新材料 、新工艺和开发新型传感器;实现传感器的集成化和智能化; 实现传感技术硬件系统与元器件的微小型化; 与其它学科的交叉整合的传感器。同时，希望传感器还能够具有透明、柔韧 、延展 、可自由弯曲甚至折叠 、便于携带、可穿戴等特点。随着柔性基质材料的发展，满足上述各类趋势特点的柔性传感器在此基础上应运而生 。

       柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器，具有良好的柔韧性、延展性、甚至可自由弯曲甚至折叠，而且结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对复杂被测量进行检测。

柔性传感器的优势让它有非常好的应用前景，包括在医疗电子、环境监测和可穿戴等领域。例如在环境监测领域，科学家将制作成的柔性传感器置于设备中，可监测台风和暴雨的等级;在可穿戴方面，柔性的电子产品更易于测试皮肤的相关参数，因为人的身体不是平面的。

       折叠屏将是2019年手机市场热点之一，成为业内人士的共识。而作为柔性电子设备的重要组成部分，柔性传感器正在从基础研究向产业化方向发展。利用柔性传感器和导电体，科学家可以将外界的受力或受热情况转换为电信号，传递给机器人的电脑进行信号处理，这样就可以制作成透明、柔韧、可延展、可自由弯曲折叠、可穿戴的电子皮肤，以便实时精准的监测出人体各项指标。

       按照用途分类，柔性传感器包括柔性压力传感器 、柔性气体传感器 、柔性湿度传感器 、柔性温度传感器 、柔性应变传感器 、柔性磁阻抗传感器和柔性热流量传感器等；

       按照感知机理分类，柔性传感器包括柔性电阻式传感器 、柔性电容式传感器 、柔性压磁式传感器和柔性电感式传感器等 。

柔性压力传感器

       包括电容式、压阻式、压电式等，其所用的基础材料包括纳米线、碳纳米管、聚合物纳米纤维、金属纳米颗粒、石墨烯等。通过资料搜集发现，上海集成电路研发中心有限公司提交的一种柔性有源压力传感器结构及制备方法的专利申请。苏州能斯达电子科技有限公司提交的一种柔性传感器阵列的专利申请，通过采用基于纳米材料的三维孔状结构，能够同时采集多点压力数据。以及文章最后将介绍的钛深柔性传感器也在该领域具有重要代表意义。

柔性应变传感器

       一种利用“应变-电阻效应”制成的传感器，可将被测试物体上的局部变形应变装置转换成直观可测的电阻变化。近年来，市场上出现了一些采用新型材料制造的柔性应变传感器，如大连理工大学提交的一种基于碳化棉布的柔性可穿戴应力传感基本单元的专利申请，其是以棉布等常见纺织品为原材料，经过高温碳化后，利用柔性衬底作为保护层和外包装，制成可穿戴应力传感基本单元的柔性传感器。

柔性光纤传感器

       目前国内外许多学者将光纤织入纺织品中，构成光纤传感器，它在感知压力、速度、温度、电场等信号的同时，还不会影响到纺织品本身轻质、柔软的特性。该技术最具代表性的要数天津工业大学提交的一种基于多层复合织物结构的光纤脉搏传感织物及其服装的专利申请。该专利可在复杂的电磁辐射环境下，对人体体征进行监测。

       从生理参数检测来看，随着社会的快速发展，健康问题越来越受到人们的重视。医学监护系统在实现系统功能更加全面、可靠的同时，如何实现系统微型化，使之具有便携性、可穿戴性，也日渐成为人们追求的目标。不久前，苏州能斯达电子科技有限公司研发的一种可穿戴柔性电子创可贴，可对人体生理健康参数进行检测。

       从运动检测来看，足底压力是反映人体形态特征的一个重要依据，对康复医学等众多领域有着重要的作用。近几年，国内多家单位发明了用于足底压力测试的可穿戴设备，如东华大学研发的足底压力测试装置及带有该装置的全织物鞋垫。下游可应用的领域规模巨大且增长速度迅速。

       当今随着传感器技术的发展以及各领域的交叉融合，医用传感器的发展日新月异，医用传感器朝着智能、微型化、多参数、无线化等等方面发展，种类愈加丰富、功能日益强大。特别是柔性基质材料以其柔韧、可弯曲、延展、可穿戴等优势逐步走上历史舞台。而柔性传感器兼具柔性基质材料的优点与人体相适应，不论是可穿戴设备还是植入设备都有着非常好的适应性。

1、智能创可贴

       美国塔夫茨大学工程学院Sameer Sonkusale教授带领团队设计了一种新型智能创可贴，其厚度仅为3mm，由透明医用胶带、热活化抗生素凝胶、以及柔性电子元件组成。上图右侧为带有创面覆盖组件的智能绷带，左侧则是微处理器和可以触发药物输送的传感器：其中一个组件，是可以测量伤口pH值的传感器——如果数值明显高于6.5，则表明伤口已被感染；另有一颗温度传感器，它可以检测与炎症相关的发热量。

       此外科学家们已经开发出了可用于测量氧合作用的传感器，这是伤口愈合的标志。集成的微处理器可以分析来自传感器的读数，以评估伤口的状况。如果检测到感染或炎症，即可临时激活内置于绷带中的加热响应元件。这可以提高凝胶的温度，使其在创口释放更多的抗生素。

2、智能绷带

       瑞士联邦材料测试与开发研究所（Empa）与瑞士苏黎世联邦理工学院、瑞士电子与微技术中心（CSEM）、瑞士苏黎世大学医院一起合作开发了一种智能绷带，它能够为护理人员提供伤口情况的相关数据。

3、柔性血氧计

      加州大学伯克利分校Arias研究组（Arias Research Group）研制了一种交替印刷在柔性材料上的内嵌红光OLED和红外OLED的柔性传感器，这种传感器能够检测大面积的皮肤、组织和器官的血氧水平。通过跟踪血氧，OLED传感器可以帮助监测愈合伤口。

       据搜集资料显示：2017年我国柔性传感器市场规模达到了6.64亿元，2018年增长至8.24亿元，近几年行业

市场规模走势如下图所示：

2015-2018年中国柔性传感器市场规模走势

       从细分领域来看，在消费电子领域，除显示面板领域柔性压力传感器应用已经相对普遍，其他领域还有待加强，虽然国内企业已经积累了大量的可穿戴设备用柔性传感器专利，但总体应用相对较少。2017年我国消费电子领域柔性传感器市场规模为1.99亿元,2018年增长至2.60亿元。

       在医疗、航天、军工、交通等领域柔性传感器应用则更为普遍，应用范围广，产品种类多，近几年随着工控自动化发展，行业市场规模增长显著。2017年，我国军工、航天、医疗等领域柔性传感器市场规模为4.65亿元，2018年增长至5.64亿元。

2015-2018年中国柔性传感器细分领域市场规模走势

资料来源：公开资料整理

       作为我司明星项目之一，钛深科技（深圳）有限公司成立于2018年2月，是一家高科技型初创企业，前身为美国TacSense Inc.，研发并拥有全球首创的FITS（Flexible Iontronic Sensing：柔性离电子触觉传感技术），率先通过提供超高灵敏度及超强抗噪性能的触觉传感器、柔性人机交互界面以及可穿戴健康监测技术来解决目前市场上对于高精度、大阵列、超柔性的触觉传感需求，致力于解决其在医疗、消费电子、机器人及智能汽车等领域的应用。钛深科技总部位于中国深圳，在中国北京设有办事处，在美国加州设有研发中心。

       同时钛深（深圳）科技也是柔性离电子触觉传感技术的研发商，利用特有的离子材料建立离子-电子界面来响应机械激励。能够提供实时的、高质量的、低噪声的触觉/压力信号，并拥有全柔性、光学透明及超薄封装等特性。致力于满足医疗，消费，机器人和汽车等各种市场的全球需求，为了解决仍然存在于高精度和超灵活机械传感模式的市场需求中的问题，还率先通过提供超灵敏触觉传感器，灵活的人体感应接口和可穿戴健康监视器来填补这一创新空白。

       作为新一代柔性压力传感元件，离电子传感器（Iontronic Sensors）采用了全新的压力感应原理，并非通过膜的形变来获取外界激励，而是通过可形变的离子材料层和柔性导电材料表面的接触面积改变来感知外部压力。由于离子材料中存在大量的导电离子，因此，当电解质与电极接触时，其界面会自动形成上拥有超级电容属性的双电层界面电容（EDL）。这种双电层电容是一种由离子和电子相对排布形成的艾米级(Å)结构，其单位面积电容率是传统平行平板电容的10000倍以上。

       钛深科技与中国科学院深圳先进技术研究院以及加州大学戴维斯分校都保持长期地、稳定地合作，且与加州大学研究所签有独家技术转移框架协议。该团队由十几位海外/国内高水平院校博士/博士后组成，由创始人潘挺睿教授统一领导，从仿生触觉传感技术的源头创新提供源源不断的技术支持，始终保持着世界领先水平，这其中包括仿生微纳材料的研发、微纳精密加工及封装、传感技术与神经接口、机器人自动控制以及图像识别算法等领域，构成了一个完整的触觉传感体系。同时，项目团队还与包括中国科学技术大学、上海交通大学、复旦大学、浙江大学、北京航空航天大学等一流院校保持着紧密项目合作与学术交流。

       离子橡胶、离子纸和离子皮：适用于机器人领域的低成本后装方案，使能人机交互在视觉和语音之外的触觉交互；样机已经完成，在进行量产测试准备，预计面市时间为1年左右。

       自带柔性电池的柔性传感器：真正完整的全柔性方案、适合于穿戴和医疗监测等领域，目前完成原型设计，预计面市时间为2年左右。

       钛深科技后续将针对压力应变片场景去切入竞争对手市场，如手机；这是因为压力应变片较厚，较贵，单点面积较大；不利于集成到尤其是体积要求高的消费电子类产品里面。

       钛深还将推出融合类传感器，即与其他传感器如温度、PPG模组进行集成，从而能够实现对人体多维度的监护，以及更高准确度的PPG信号监测。

       柔性传感器结构形式灵活多样，可根据测量条件的要求任意布置，能够非常方便地对特殊环境与特殊信号进行精确快捷测量，解决了传感器的小型化、集成化、智能化发展问题，这些新型柔性传感器在电子皮肤、生物医药、可穿戴电子产品和航空航天中有重要作用。

【崇楷资本】

       崇楷资本于2016年成⽴，是⼀家以股权基金为主体业务 , 兼有证券基金和产业基金的综合性投资机构，现持有私募股权、创业投资基金及私募证券投资基金管理人牌照。投资范围涵盖物联网（传感器）、人工智能、新材料、智能制造、现代农业科技等。崇楷资本现持私募证券投资基金管理人（登记编号：P1064301）和私募股权、创业投资基金的管理人牌照（登记编号：P1066362）。

【凯崇创投】

      广州凯得崇楷创业投资管理有限公司（简称“公司”或“凯崇创投”）成立于2018年11月，注册资本1000万元,是广州开发区金融控股集团有限公司（简称“开发区金控”）发起设立的一家混合所有制的基金管理公司。并由开发区金控全资子公司广州凯得金融控股股份有限公司（简称“凯得金控”）引进深圳崇楷基金管理有限公司（简称“崇楷资本”）共同出资成立，也是开发区金控进行市场化运作的基金管理平台。