太原理工大学:研发可食用材质传感器应用于智能穿戴产品

2022-07-11
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摘要 该研究首次采用可食用材质制造压强传感器芯片,研发多通道数据采集系统、专属深度学习算法和手机可视化程序。

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传感新品

【太原理工大学:研发可食用材质传感器应用于智能穿戴产品】

近日,太原理工大学信息与计算机学院张虎林教授课题组在自驱动传感领域取得重要研究进展,开发出了基于可食用摩擦电水凝胶传感器网络的婴儿智能监护系统。该研究首次采用可食用材质制造压强传感器芯片,研发多通道数据采集系统、专属深度学习算法和手机可视化程序。

处于爬行期的婴幼儿需要监护人持续陪伴,市面上开发的摄像头跟踪系统只能起到辅助效果,无法实时对婴儿磕碰风险进行监测。持续监测婴儿身体所承受的生物力学压力对于避免婴儿受伤至关重要。

2019年起,太原理工大学张虎林教授开始指导博士生研发了一种柔性可食用摩擦发电水凝胶传感器,用来监测婴儿身体表面的生物力学压力。“我们将传感器附着在婴儿衣物以及皮肤上,11个压强传感器分别覆盖在胸部、手、膝盖、脚、颈部、背部、手腕和臀部等重点部位。我们预先收集了特定运动模式的信号,例如翻身、抱婴儿、拍背和鼓掌,并基于这些信号特征开发的深度学习算法,可以快速准确识别婴儿的运动模式”,张虎林介绍道。“每个柔性传感器都具有23.1 dB的高信噪比、0.28 V kPa-1的高灵敏度和50 ms的快速响应特性。”

传感器发送脉冲信号的能量来源于摩擦电,信号的收集和发送同步自动完成,具有无源驱动、全天候监测的特点。但是脉冲信号极易受到干扰,例如噪声、衣物与皮肤的摩擦、监护人的脚步声等,会产生大量干扰信号。为了增强对复杂运动信号的精确识别能力,张虎林团队通过深度学习算法分析施加的力和电输出之间的耦合关系,解析婴儿运动模式,估计婴儿跌倒的风险,实现对婴儿特定运动模式近乎100%的准确识别,有效避免了噪声信号的干扰。

2012年,王中林院士首次发明了摩擦纳米发电机,在纳米尺度范围内将机械能转化成电能,是世界上最小的发电机。作为王中林院士的联合培养博士生,张虎林教授拓展了该领域在可穿戴衣物方面应用场景。


传感动态

【日本电装:携手多方共同研发半导体生物传感器

株式会社电装(以下简称“电装”)自2013年以来持续致力于研发用于减少交通事故的生物传感器和优化车内空间的病毒/细菌检测的传感器技术。为更好改善现有的社会问题,电装在该技术的基础上结合“适体”和“半导体”,推进研发高效、灵敏、易操作的检测设备。

电装致力于研发具备“小型化”、“易用”、“高效”、“高适应性”等特点的生物传感器,研发团队认为,如果检测设备具备以上特点并得到普及,将有助于改善社会问题。

该生物传感器由“适体”和“半导体”结合组成,在病毒检测方面,制作与病毒选择性结合的适体,该适配体具有放大检测信号的功能,通过检测与离子敏场效应晶体管(ISFET)的特殊半导体传感器的耦合,有望实现接近PCR检测的高灵敏度。之所以选择结合适体,是因其可以大量合成,即便病毒发生变异,也可基于人工合成的适体快速制备应对变异情况的试剂。

常见的病毒检测是转换为光或颜色并用目视或相机进行判断,当使用光进行自动化检查时,由于需要外部的受光元件,设备难以实现小型化。而生物传感器具备的优势是可以直接观察溶液中离子的变化,无需额外用于传感的元件,因此可利用其制作出兼具灵敏度和小型化的检测设备。

在此领域的研发也得益于电装所积累的半导体和生物的研发技术。通过结合上述技术应用到检测设备,如在该技术中使用的试剂,便采用了使半导体传感器更好发挥功能的材料,在传感器一侧加入电子电路和信号处理以准确读取该材料。

早在2013年左右电装便启动研发该传感器,起初是希望通过其助力 “减少交通事故”,利用车内的生物传感器检测预防出行期间因突发疾病引发的交通事故。此后在2019年的共享经济背景下,由于汽车出现多人共享的情况,对检测病毒和病原菌的传感技术也提出了要求。后来该项目在病毒检测需求扩大的契机下, AMED(日本医疗研究开发机构)提供研发支援加速开发,该技术得以确立并进一步发展。

电装认为,通过技术变革改善社会问题离不开怀有共同愿景的合作伙伴的助力。未来,还将继续携手合作伙伴,以生物半导体试制机为起点,推进该技术早日得到普及,助力实现安全、安心、幸福的社会。


【我国在相干测风激光雷达方面实现重大突破】

近日,中国科学技术大学科研团队在相干测风激光雷达方面实现重大突破,首次实现3米和0.1秒的全球最高时空分辨率的高速风场观测。该成果日前在国际学术期刊《光学快报》上发表。

米级分辨率的大气风场探测在航空航天安全、高价值目标保障、数值天气预报等方面具有重大意义。为了获取3米和0.1秒时空分辨率的风场,需再提高现有激光雷达信号检测灵敏度2个数量级以上。科研团队通过在激光光源、光学收发系统、高速数据采集电路和数据处理算法上对激光雷达进行全面优化,提出一种新的反演算法,大大提高了风场反演精度和稳健性,最终实现了一套全国产化的“产品级”测试样机,具有人眼安全、设备轻便(整装设备40公斤)、工作稳定、环境适应性强等特点。

为进一步测试雷达观测性能和环境适应性,科研团队利用该雷达在高铁站实地测量了高速列车尾流中的风场结构。雷达在无人值守下连续稳定工作超过100小时,获得了3米和0.1秒高时空分辨率下的350km/h的高铁尾流连续观测。


【年产能达62万片!格芯、意法半导体宣布法国设厂计划】 

格芯和意法半导体今(11)日宣布,双方已签署谅解备忘录,将在意法半导体法国 Crolles 300mm 晶圆厂附近合建一座新300mm晶圆厂,目标到2026年满载生产,届时年产能将达62万片300mm晶圆。

据悉,格芯和意法半导体将获得法国政府的大量财政支持,新晶圆厂将推动《欧洲芯片法案》的目标实现,包括到2030年欧洲达到全球半导体产量的20%。另外,新厂将为当地带来逾1000个职位。

通过合作,格芯和意法半导体将利用 Crolles工厂的规模经济,以高资本效率提高半导体产能。

意法半导体总裁兼首席执行官Jean-Marc Chery表示:“新晶圆厂将支持我们实现 200亿美元以上的收入目标。公司还将继续投资位于Agrate(意大利米兰附近)的新300mm晶圆厂,并在2023年上半年加速发展,预计到2025年底满载运行。”


【今年仪器企业排队上市 ,国产替代加速行业发展 】

“自主创新”“国产替代”已经成为近几年国内仪器行业发展的关键词。仪器是科学研究的基础工具,也是国家质量基础设施的重要组成部分,对于国家科技水平的提高与经济的高质量发展能发挥突出的作用。我国仪器行业起步较晚,仪器设备进口依赖度高。为解决“卡脖子”问题,我国将自主创新作为战略基点,大力推行国产替代,并出台一系列支持政策。

在此背景下,国产仪器企业加速成长,在多个子领域都涌现出一批具有代表性的厂商,不仅在核心关键技术上取得突破,实现仪器生产的自主可控和仪器技术水平的快速发展,同时企业自身也在逐步扩大规模,已上市企业并购融资动作不断,未上市企业也在纷纷争取进入资本市场。

2022年上半年有三家仪器企业在科创版上市,包括坤恒顺维、思林杰和普源精电。坤恒顺维主要从事高端无线电测试仿真仪器仪表的研发、生产和销售,提供用于无线电设备性能、功能检测的高端测试仿真仪器仪表及系统解决方案。思林杰主要产品为嵌入式智能仪器模块,主要应用于工业自动化检测行业。普源精电以通用电子测量仪器的研发、生产和销售为主要业务。三家新上市企业均属于电子测量仪器行业。

5G、物联网、智能化汽车、半导体等行业的发展为电子测试测量仪器带来巨大的市场需求,带动电子测量仪器行业的稳定发展。在国内,除了市场驱动之外,还有政策支持,相关企业集中上市。去年11月,专注于研发无线通信与射频微波测试仪器在北交所挂牌上市,另一家通用电子测试测量领域的企业鼎阳科技也于12月1日在上交所科创板上市。加上今年上半年上市的三家,短短半年内电子测量仪器行业就有5家企业成果上市。

除成功上市的企业之外,2022年上半年还有8家企业更新了上市流程。截至目前,博迅医疗提交了上市辅导备案材料,阿泰可、海能技术、新芝生物的上市申请已获受理,碧兴科技、思泰克和汕头超声正式进入审核环节,而华科仪终止了创业板IPO。

8家企业中有4家选择在北交所上市。作为服务创新型中小企业的证券交易所,北交所的特点是“更早、更小、更新”。我国仪器企业普遍规模较小,但“高新技术”属性明显,而北交所的上市财务门槛相对更低,更鼓励创新,对于实力不够进入创业板或科创板的企业来说是更合适的选择。仪器行业专精特新企业数量较多,可以预计未来还会有更多企业在北交所上市。

企业上市可以丰富融资渠道,从而可以在技术创新研发上投入更多。从已上市的仪器企业公布的财务报告中,我们可以看到国内仪器企业过去几年的研发投入整体在逐年增长,部分企业年增幅超过10%。研发投入越多越有利于技术创新,这对于我国仪器行业向中高端发展起到了非常积极的作用。



传感财经

【7月11日传感财经分析:红外传感器概念报跌,睿创微纳领跌;气体传感器概念报跌,贵研铂业领跌;光学传感器概念报跌,欧菲光领跌】

7月11日盘后,红外传感器概念报跌,睿创微纳(-3.9%)领跌,高德红外(-3.38%)、森霸传感(-1.65%)、大立科技(-1.16%)、多伦科技(-0.83%)等跟跌。

7月11日盘后,气体传感器概念报跌,贵研铂业(16.57,-3.94%)领跌,汇川技术(62.88,-2.41%)、四方光电(142.42,-2.12%)、南华仪器(10.07-85%)讯(90%)等跌。

7月11日盘后,光学传感器概念报跌,欧菲光(6.22,-0.2,-3.12%)领跌,美迪凯(10.81,-0.25,-2.26%)、英唐智控(4.98,-0.11,-216%)、歌尔股份(329,-068,-2.06%)、韵达股份(17.13,-0.24,-1.38%等跟跌。


相关光学传感器概念股:

1、天银机电:

天银机电在手利率方面,从2018年到2021年,分别为31.63%、35.77%、33.62%、30.22%。

子公司华清瑞达相关产品已经具备了针对激光雷达等光学传感器仿真测试能力以及多种体制传感器融合仿真测试能力,一述技术可以用干智能网联汽车以及无人驾驶技术的仿真测试验证。

近30日天银机电股价下跌1.45%,最高价为9.64元,2022年股价下跌-52.51%。

2、韵达股份:

公司在毛利率方面,M2018年到2021年,分别为28.02%、13.15%、9.5%、9.05%。

韵达股份在近30日股价下跌3.34%,最高价为18.54元,最低价为17.72元。当前市值为491.15亿元,2022年股价下跌-22.51%。

3、歌尔股份:

在毛利率方面,歌尔股份从2018年到2021年,分别为18.81%、15.43%、16.03%、14.13%。

回顾近30个交易日,歌尔股份股价下跌12%,总市值上涨了6832.64万,当前市值为1102.11亿元。2022年股价下跌-72.24%。

4、英唐智控:

公司在手利率方面,从2018年到2021年,分别为7.66%、7.4%、5.49%、9.93%。

公司控股子公司英唐微技术专注于光电转换和冬像处理的模拟IC和数字IC产品的研发生产,主要产品包括车载IC产品、光电集成电路产品、显示设备的相关产品和光学传感器产品。其在日本与丰田、本田、尼桑、大发等日本汽车公司保持着长期稳定的合作关系。

回顾近30个交易日,英唐智控股价上涨7.07%,总市值上涨了7486.68万,当前市值为52.83亿元。2022年股价下

跌-58.55%。


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