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X-Doctor | 科技皮肤:触摸科技前沿的南科大教授郭传飞 精选

已有 3689 次阅读 2024-2-28 12:09 |个人分类:科研心得|系统分类:人物纪事

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【X-Doctor】2024年,iCANX推出X-Doctor专栏,聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现,每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路,独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力,见证这些创新的力量。

第八期,X-Doctor将带你走近南方科技大学郭传飞教授,感受他在电子皮肤领域的创新研究。

在南方科技大学的热土上,一位致力于探索触觉科技极限的学者——郭传飞,正带领着他的团队勇往直前。作为材料科学与工程系的长聘教授,他不仅在学术界崭露头角,也在科技创新领域取得了进展。

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2021年,郭传飞教授担任了iCANX《破茧者》栏目的五位负责人老师之一。破茧者栏目是iCANX邀请优秀的研究生和青年学者,以第一视角讲述科研最前线的故事,独特视角解读原始创新的工作,细数背后破茧成蝶的心路历程。

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郭传飞的科研之路

郭传飞的科研之路始于对高性能电子皮肤、人体柔性电子技术的研究。他深知,要想在人工智能领域取得突破,必须首先解决触觉感知的问题。他带领团队攻坚克难,先后在国际学术期刊上发表了150余篇论文,申请了40多件专利。这些成果不仅为他的研究奠定了坚实基础,更为他赢得了广泛的认可和赞誉。

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除了在触觉感知方面的研究,郭传飞还积极探索电子皮肤在医疗、消费电子产品以及虚拟现实等领域的应用。他认为,电子皮肤具有广泛的应用前景,不仅可以应用于健康医疗领域,还可以应用于可穿戴设备、机器人触觉和虚拟现实。通过与人工智能技术的结合,电子皮肤技术有望为人们的生活带来更多便利和惊喜。

在科研之路上,郭传飞团队遇到了一些关键技术难题。例如,他研究的柔性传感领域就存在一个普适性的难题:如果把传感器做得非常灵敏,那么它的量程就会变得很小。这正如我们常见的称重设备——天平的精度很高,却往往只能称量很轻的物体;体重秤可以称量数百斤的物体,但是精度却较低。然而,有很多应用需要传感器兼具高灵敏度和大量程。

郭传飞和他的团队成员发现,在柔性传感器中,这种灵敏度和量程之间的矛盾来源于软材料的硬化,于是他们设计了一系列新的器件结构,有效地缓解了材料的硬化,解决了传感器灵敏度和量程之间的矛盾。他们研发的柔性压力传感器,在灵敏度和量程上都大幅推进了领域水平。在此基础上,他的团队进一步研究了一系列提升器件稳定性的方法,这使得柔性传感器在极高的压力或者极大的摩擦力条件下能稳定、持久地工作。这种高稳定性在柔性传感器的实际应用中极为重要。

科研成果闪耀

在郭传飞教授的科研之路上,他始终坚持从材料和结构入手,开发新的器件,从而实现快速且灵敏的传感。这一思路在他的研究中得到了充分体现,他的团队研发的传感器不仅灵敏度高,而且响应速度快,为触觉感知的实现提供了有力支持。同时,他的团队深入开展交叉科学研究,通过引入人工智能,实现了触觉传感器在机器人、健康医疗等多个领域的应用。

他带领的团队开发出了一种具有高分辨率和高灵敏度的精细触觉传感系统。这种传感器可以集成在机械手或者义肢的指尖上,能够感知到细微的材料质地变化,如斜纹布、灯芯绒和羊毛等。这不仅令人惊叹,更让人看到了其在机器人技术和人类义肢领域的巨大应用前景。通过这种技术,机器人和义肢将能够更好地感知和适应周围环境,为残疾人提供更为精细和自然的触觉体验,帮助他们更好地融入日常生活和工作。

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模仿人类感官系统进行纹理识别的机器人感知系统。a. 人类的生物感官系统;b 本研究的人工触觉感知系统。

不仅如此,这一技术还可以为虚拟现实提供新的想象空间。通过这种传感器,虚拟现实中的物体可以呈现出更为真实和细腻的质地,为游戏和电影等娱乐产业带来了全新的感官体验。想象一下,玩家在游戏中可以感受到虚拟物体的真实质地,这将极大地增强游戏的沉浸感和真实感。

此外,郭传飞教授还将人工触觉系统应用于健康医疗领域。他与合作者开发的传感器系统可以帮助佩戴人工假肢的患者获得知觉。这对于那些因疾病或创伤失去肢体的人来说,无疑是一大福音。通过这种技术,患者将能够更好地适应假肢,提高其生活质量。他和合作者还将柔性压力传感器用于“把脉”,通过脉搏波就可以判断出受试者是否患有动脉硬化等疾病。而最近他又研发了一套基于柔性压力传感器的眼压测试仪,戴在眼睛上就能判断出眼压的高低,其准确度可以和医院中的大型设备相媲美,这对于青光眼等眼科疾病的防治很有价值。

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具有可视化用户界面的便携式实时传感系统。a. 实时传感系统的结构;b. 固定滑动速度下,实时纹理触觉识别系统的演示(传感器集成在机械手上);c. 随机滑动速度下,实时纹理触觉识别系统的演示(传感器集成在手指上)。

在解决电子皮肤中的稳定性问题上,郭传飞团队也取得了突破性的进展。他们提出了一种传感界面和力学界面分离的策略,有效地解决了这一问题。这种策略不仅提高了传感器的性能,还增强了其稳定性和可靠性。而且,这种设计不但可以提升传感器的稳定性,还可以避免了不同阵点之间的离子迁移,从而消除了器件的串扰。最近,他与合作者又开发了新的材料,有效地解决了柔性传感器的信号漂移问题,使得柔性压力传感器的“可计量性”成为可能。这些创新为电子皮肤技术的发展开辟了新的道路,使得电子皮肤在机器人技术、医疗保健和虚拟现实等领域的应用更为广泛和可靠。

人工智能的桥梁

在郭传飞教授看来,人工智能在人工触觉领域起到了至关重要的作用。没有人工智能的辅助,无法实现真正的“感知”。他强调,人工智能不仅在数据处理和模式识别方面发挥了巨大作用,更是连接触觉感知与交互的桥梁。通过人工智能算法,传感器能够快速准确地识别各种触感信息,并将其转化为可用的数据。这一过程中,人工智能发挥着关键作用,使得机器触觉技术得以快速发展。

面对未来,郭传飞教授充满信心。他表示,随着科技的不断发展,人工触觉技术有望取得更多突破。他期待着将这一技术应用于更多的领域,为人类生活带来更多便利。同时,他也意识到人工智能在推动科技发展中的重要性。因此,他将继续深入研究人工智能技术,并将其与触觉感知相结合,以实现更加智能化的应用。

郭传飞教授在科研道路上经历了无数艰辛与挑战,但他始终坚守初心,勇往直前。正是这种执着和毅力,让他在触觉科技领域取得了令人瞩目的成就。他的故事激励着我们:无论面临何种困难和挑战,只要坚定信念、勇攀高峰,就一定能在科技创新的道路上留下浓墨重彩的一笔。让我们期待着郭传飞教授在未来的科研生涯中创造更多奇迹!

郭传飞团队介绍

郭传飞教授是南方科技大学材料科学与工程系的长聘教授,国家杰出青年科学基金获得者。目前,他的研究团队有研究助理教授1人,高级研究学者2人,博士后2人,研究助理1人,博士生(含交流学生)6人,硕士生(含交流学生)9人。郭传飞教授培养的博士后有多人入选国家级人才项目,他的博士生毕业后即入职西安电子科技大学、南昌大学、汕头大学等单位,任副教授、讲师等。欢迎优秀学者加入郭传飞教授实验室。

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国际柔性电子领域领军人物、美国西北大学John Rogers院士参观郭传飞教授实验室

下期预告

下一期,X-Doctor将走近中国科学院理化技术研究所饶伟教授,感受一下他在低温生物医学、液态金属与微纳米技术的交叉科学问题研究领域的探索之旅。

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重磅通知iCANX2024达沃斯峰会将于2024年7月11日-12日举行。本次大会将邀请数百名国际著名科学家、行业专家、政策制定者及知名投资人参会,在将近20个分论坛上,就创新、科学、技术、投资、管理和创业等多个话题分享和展示各自的最新成果,探讨行业未来的发展方向。

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