1.机器人光学电子皮肤(Optical E-Skin)


   由于机器人触觉感知尚处于较低水平,目前的服务机器人甚至无法拿一个纸杯倒一杯水送到人们手中。开发具有触觉智能的机器人电子皮肤,是满足机器人在非结构环境下完成自适应灵巧操作任务的基础。本实验室基于应用光学的优势,重点研究基于柔性电致发光阵列和闪耀光栅的机器人光学电子皮肤,实现对机器人对操作对象的接触压力、硬度及表面粗糙度等多种属性并行测量,并在灵敏度、分辨率、响应速度及测量范围等性能方面将机械手的触觉感知能力提升至类似人手的感知水平。同时,我们基于光信号的机器人触觉数据优势,研究触觉与机器人视觉的信息融合方法及决策反馈机制,开发用于机器人智能抓取的多模态主动感知技术。


2. 自贴附共形穿戴电子 (Self-attaching Electronics for Conformal Wearables)


       为追求轻薄、柔软、无缝贴合的可穿戴体验,人们对下一代可穿戴电子提出了诸如弯曲、折叠、伸缩、重构等与载体完全共形的要求。本实验室利用独特的仿生原理,设计制备具有自贴附功能的柔性可拉伸传感器、显示器及储能器件等,并应用于人体共形穿戴电子及机器人电子皮肤等领域,以提升健康监测、移动诊疗、机器人智能及人机交互等领域的深度感知能力。



3. 用于健康监测的表皮电子 (Epidermal Electronics for Health Monitoring)


        人体会不断发出广泛的生物信号,包括脑电信号、肌电信号、生物化学信号、热信号等。这些信号里含有关于身体机能和健康状态的重要临床线索。理想的健康监测方案是采取非侵入性的体征信号采集方式,并对信号进行实时分析。我们将具有生物兼容性的弹性聚合物与纳米传感材料结合起来构建脑电、肌电、生化及温度传感器,使其能持续与皮肤表面或皮下组织接触,并实时采集各种生理信号。该方向重点研究基于场效应晶体管及微针阵列的柔性传感器,并将传感器与信号放大器集成于一体,从而实现对目标检测物高度敏感的表皮电子。



4. 自修复电子材料 (Self-Healing Electronic Materials)


        生物体表面受损后具有自愈(自修复)能力。高分子材料通过战略设计,利用可逆相互作用,在产生了某种缺陷后也可以实现仿生修复性能。目前,弹性高分子材料和导电高分子材料的自修复研究均处于前沿热点研究领域。本实验室通过材料分子结构设计和微观结构组装,研究基于氢键、可逆共价键和离子键的自修复弹性材料。另外,通过自修复弹性体与功能材料的掺杂与复合,可赋予材料的电学或光学特性,从而实现具有自修复功能的可拉伸(光)电子。将自修复材料应用于可拉伸(光)电子不仅可以延长器件的使用寿命还能够提高系统的安全性。



5. 新型能源采集及储存器件 (Novel Energy Harvesting and Storage Devices)


         相较于笨重的刚性能量采集及转换设备,轻便的柔性可拉伸能源器件将成为可穿戴电子、便携式设备及智能机器人产业中不可或缺的组成部分。本实验室重点研究基于可延展聚合物及新型功能材料的能量采集技术,包括摩擦纳米发电机(TENG)、柔性热电器件、柔性光伏器件等;对环境能源如人体运动能、振动能、热能等进行高效采集,并将其应用于自驱动传感器。同时,我们研究具有良好机械性能的弹性集电极、高电导率固态离子电解质以及大容量高效率电极材料,并在协同优化三者的基础上,发展可与柔性可拉伸能量采集器件集成的超级电容等能源储存技术。




6. 生物大分子动态特性原位高通量检测 (High-throughput In-situ Detection of Biomolecular Interactions and Conformational Change)


         目前生物大分子动态特性测量技术的一个主要弱点是低通量,从而极大地阻碍了生命科学相关领域的发展速度。本实验室自主创新的磁电耦合MEMS可同时控制多个微纳磁球在芯片上做平稳的移动。通过整合微流控单细胞阵列技术与磁球阵列操控技术至通用的荧光显微平台,我们研制出具有革新性的高通量单细胞生物分子镊系统,可并行拉伸连接于磁球与细胞之间的生物大分子,实现高通量原位测量生物大分子的动态特性(包括瞬弱动态互作及动态构象变化等)。该研究方向将为加速包括蛋白质及DNA在内的重要生物大分子的研究提供大量精准的动力学数据