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自从ChatGPT和元宇宙概念兴起以来，人类便已经迈入了全民人工智能时代。同时，老龄化、少子化和疫情的出现使得普及可穿戴综合健康监测系统变得更加重要和紧迫。然而，目前市场上已有的设备由于其复杂性和不便携性等特点，使得信息交互和监测响应等方面还不够精确、快速和实时。为此，柔性电子皮肤的出现为柔性屏幕用于可穿戴电子设备等带来了重大的技术突破和创新。近期，北京大学深圳研究生院张敏副教授团队在该领域所取得的进展引起了业界的关注。

近年来，传感器已经从物理监测扩展到与智能设备如手机、电子手表等进行集成，并在未来发展中，希望能够与人工智能系统进行集成。目前，传感器已经在多方面取得了较好的发展。例如，有能够探测约10纳米振幅超高灵敏度的狭缝传感器，能够模仿人体皮肤真皮、可以检测高频动态力传递的人体皮肤仿生的传感器；有可穿戴的婴儿监测系统，可以监测婴儿的温度、声音、力学等各种状态；有通过对各种不同形式微小震动识别系统的的传感器，来监测帕金森初期症状。另外，除了监测物理信号外，人们还需要监测其他生物化学信息，这时就需要使用能够监测生理疾病和化学信号的生物传感器。目前，生物传感器已被广泛用于基因测序、新冠病毒筛查等疾病检测，并且还可以用于土壤、水源和食品等环境的监测。此外，生物传感器还可以监测离子、葡萄糖含量和皮质醇含量等环境信息和生理化学信息。张敏副教授表示，针对传感器方面的研究，我们组已经取得了不少的进展：研发了基于碳纳米管的应变/压力传感器，具有高的电线性度和可调节的传感范围；成功实现了基于碳纳米管晶体管的生物传感器，可以对DNA核酸、新冠病毒和乳腺癌等进行筛查。这些成果在相关领域都得到了广泛的关注和应用，并为未来的研究提供了有力的支持。

目前，柔性集成电路已经能够实现各类数字逻辑、模拟信号的放大、数据的存储以及信号的传输等功能。在实现柔性集成电路时，材料选择和制备工艺至关重要。在半导体材料的选择方面，目前比较主流的选择有有机材料、IGZO、硅的纳米线、非晶硅以及碳管材料等。其中，碳纳米管材料因为具有较高的迁移率、能够低温制备和大规模集成、同时能够实现N型和P型的晶体管、以及具有良好的柔性、较低的成本和超好的稳定性，成为了柔性集成电路的主流半导体材料选择。此外，介电层材料在柔性集成电路中也扮演着至关重要的角色。目前，无机金属氧化物由于对应力比较敏感，难以实现超柔的集成电路。一些二维材料，如六方氮化硼，由于材料本身的特性，很难形成高质量的薄膜。而聚合物材料因具备较好的拉伸性而被认为是柔性集成电路中非常有潜力的材料，然而它的电学性能通常会受到限制。张敏团队提出了一种介电层材料的混合方案，采用有机PI和三氧化二铝的混合材料，既保证了电学性能又保证了机械性能。所研发出的晶体管具有高达3.62×104的开关比，并且在3.4 mm曲率半径下弯折2000次后仍然保持着较为稳定的电学性能。成功实现了在超低的50mV工作电压下工作的反相器和55级的环形振荡器，并且实现了模拟的集成电路，其中放大器能够实现超高的增益，实现一百倍的心电信号放大。除材料选择外，工艺选择也是非常重要的。另外，张敏团队还提出了一种光刻集成抽滤的工艺平台，利用混维范德华材料之间的良好接触，实现低至51.8 mV dec-1的亚阈值摆幅。张敏表示，他们不仅致力于柔性电子器件，还提出了可拉伸的电子器件。据了解斯坦福大学鲍哲南教授组的可拉伸晶体管阵列已经实现了超高的集成度，在每平方厘米集成了374个晶体管。相比之下，张敏团队研发出的电子器件实现了目前全球最高迁移率。

除了柔性集成电路和可拉伸的电子器件，作为人机交互的信使，神经形态电子可以利用物理规律或材料本身的特性来模仿生物突触功能，从而实现对人体听觉、声音、气味、触觉、味觉、运动等信号的模拟处理，大大降低硬件开销，提高集成度，并加速神经网络运算。目前的神经形态电子器件主要分为浮栅型突触晶体管、离子型突触晶体管以及各类二维忆阻器，它们可以模拟兴奋型和抑制型生物突触，具备脉冲时间依赖可塑性和脉冲频率依赖可塑性等特性。基于这些功能，提取人工突触器件的线性度和对称度将能够实现从硬件层面加速神经网络运算。此外，神经形态电子不仅能够更精确和高速地处理信息，还能够将感知传输处理一体化，实现对人体五感的真实模拟。例如，人工触觉感知神经，人工视网膜，以及能够具备温度感知能力的人工神经阵列，可以作为人机交互的信使，带来更加真实的体验。系统能够实现自供电，这将有助于电子器件小型化、便携、安全、环保，并且助力可持续发展。因此，张敏团队提出了一种能够对系统进行自供电的柔性直流纳米发电机。该发电机利用摩擦伏特效应和非平衡的自建电场产生直流稳定电压和电流，能够直接对系统进行供电，而无需复杂的转换装置。目前，张敏团队所研发的基于液滴的直流发电机所输出的稳定电压可以对晶体管和灯泡电容等进行稳定的供电。

 通过输入端处理端的不断发展，同时与输出端的先进柔性可拉伸显示集成，将为未来柔性可穿戴健康监测系统与信息主动可视化以及用于增强现实的人机交互功能，提供十分重要的意义。

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