原标题:从可穿戴设备到纸币防伪,这种技术将走进我们生活的方方面面

智能穿戴产业从谷歌引爆至今,可谓是一路奋进一路遭争议,诸多业内外人士更多的是以一种尝试的心态进入这个产业,或者是选购相关的产品。由于目前受制于产业链技术要素的限制,以及创业者对于智能穿戴设备的形态载体拓展存在着相当的局限性,导致了当前在人体可穿戴设备领域扎堆的现象出现。当前由于我们对智能穿戴产业没有一个清晰的定义与了解,导致在不同的层面上对于产业的理解出现了一定程度的偏差。本文重点跟大家探讨关于智能穿戴与可穿戴设备产业两者之间的产业概念界定。

style=”font-size: 16px;”>复旦大学的研究者揭示了导致有机薄膜晶体管性能变化的机制,为进一步改良以有机薄膜晶体管为代表的柔性电子技术开拓了前景,从可穿戴设备到纸币防伪,柔性电子技术将有望走进我们生活。

到底什么是智能穿戴

1965年,英特尔创始人之一的戈登·摩尔(Gordon E.
Moore)提出,集成电路上可容纳的晶体管数目约每两年便会增加一倍。半导体技术已经以符合这种“摩尔定律”的趋势发展了数十年。然而,根据国际半导体技术发展蓝图组织(ITRS)的评估,这种发展势头将会减慢。而另一方面,有机薄膜晶体管(OTFT)作为印制电子关键技术,则在几年间获得了长足进展。

智能穿戴简单的理解就是传感器穿戴,指包括人与物在内的一切智能化活动。也可以理解为产业智能化相关载体产品的总称,所涉及的领域遍布整个物联网所覆盖的范围,包括人体、环境、工业、农业、家居、汽车、军事、航空航天等。当然,在学术层面的名词定义为物联网的终端物理载体。

有机薄膜晶体管研究可追溯到上世纪80年代。由于有机薄膜晶体管有良好的柔韧性,并具备厚度小、能弯曲等常规硅基微电子器件不易具备的特点,相关研究旋即受到广泛关注。复旦大学信息科学与工程学院仇志军副教授与刘冉教授领导的研究小组,继将有机薄膜晶体管的工作速度提升至可实用的量级后,又揭示了影响有机薄膜晶体管性能稳定性的本质机理。

1991年美国麻省理工学院(MIT)的KevinAsh-ton教授首次提出物联网的概念,之后整个产业开始进入讨论、形成阶段,至今已经有24年时间,但相比于互联网产业而言发展相对缓慢,其中的主要原因是受制于产业基础技术与智能终端产品的发展。当然,关于物联网在名词解释上目前已经形成了非常复杂、系统的解释,也就是一个非常复杂、庞大的系统。简单地理解,所谓的物联网就是借助于网络技术将所有的智能终端连接在一起,并由此构建出一张具有真实物理特性的网络。

目前有机薄膜晶体管的发展主要面临两大难题。“一个是迁移率的问题,有机薄膜晶体管导电能力差,因此应用起来就比较困难。另外一个问题在于可靠性,有机薄膜晶体管在应用时可能不稳定。”刘冉教授介绍道:“这些年在提高迁移率方面获得不少进展。近两年我们开始研究第二个问题。”

从这个层面我们就能了解为什么物联网从提出至今,真正意义上开启物联网时代是在谷歌借助于智能眼镜引爆了整个智能穿戴产业之后。随着整个智能终端产业的快速裂变,以及通讯、云服务、人工智能等物联网基础设施技术的发展,加上智能穿戴产业的发展,物联网时代从真正意义上被开启。这也就意味着从互联网向物联网演变的过程中,一个决定性的因素就是智能终端载体,也就是智能穿戴产业的发展。

此前国际上对导致有机薄膜晶体管不稳定性的原因众说纷纭,而复旦大学的研究者提出了一个相对具有普适性机制模型:

从这个定义出发我们就能了解到智能穿戴产业的重要性,其意义远超当前我们基于一些可穿戴设备所建立起来的认知。当智能穿戴在工业领域进行应用的时候就构建出了德国的工业4.0,美国的工业互联网以及中国制造2025,这些基于信息化技术所建立的自动化生产制造模式。不论是德国、美国还是我们国家自己的模式,其基础都是工业智能穿戴,也就是传感器在工业制造领域的应用,当然还包括智慧工厂、智慧物流等工业领域相关的智能化。

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当智能穿戴在汽车领域进行应用之后,智能汽车就随之出现,尤其是自动驾驶技术与城市的智慧交通,其关键基础都取决于智能穿戴产业的发展。严格意义上的名称应该叫“智能穿戴汽车”,只是我们为了更好的传播与理解而采取了通俗的名称,也就是智能汽车。同样,在家居领域也是如此,所谓的智能家居只是智能穿戴产业中针对于家居智能化方面的一部分内容,简称就是智能家居。因此,所谓的智能穿戴产业直观的理解就是一切智能化终端的总称,也是构建物联网的关键终端载体。

有机薄膜晶体管不稳定性机制模型。

什么是可穿戴设备

暴露在空气中的有机薄膜晶体管会与空气中的水和氧气发生接触。在正向电压作用下,水分子和氧分子发生电化学反应,在器件表面形成带负电荷的氢氧根离子(OH﹣),这使得器件中带正电荷的载流子(器件中可自由移动的、带有电荷的物质微粒)被氢氧根离子束缚,导致器件无法正常工作。

目前在实际的报道或者表述过程中,通常是将智能穿戴与可穿戴设备两者之间对等起来,严格意义上来说这并不准确,只是为了更好地普及智能穿戴产业,因此在普及过程中通常就会出现两者混合使用的情况。可穿戴设备,其实只是智能穿戴产业中的一个分支,是指围绕人体智能化的那部分。与其它的智能穿戴产品不同,可穿戴设备主要是以人体“穿”、“戴”为主要表现形态的智能化设备。

而在施加反向电压后,由于氢氧根离子发生逆向反应,被束缚的载流子又重获自由,在器件中正常流动。“晶体管有一个非常重要的功能,就是逻辑操作。原来晶体管是开着的,给它赋予的是1的状态,但过一段时间突然从1这个状态跳到0,这是我们所不希望的。”
仇志军指出:“(载流子)一会儿被锁住,一会儿又会被释放出来,没法控制,所以导致稳定性比较差。”

从与人体的接触层面进行划分,通常分为体表外与体表内的可穿戴设备,也就是穿戴在人体皮肤外的穿戴式产品,以及植入人体内的植入式穿戴设备。体表外的可穿戴设备是我们目前比较熟悉的产品,主要是由谷歌眼镜和苹果手表引领,再加上国内的诸多创业者借助于智能手表、手环为表现形态切入了可穿戴设备领域,在一定的层面上推动了大众对于可穿戴设备这个概念的理解。而在植入式穿戴设备方面,包括智能药丸、纳米细胞、电子纹身、智能避孕,以及其他一些与医学相关的植入式智能设备所带来的影响具有一定的颠覆性。当然,目前由体表外可穿戴设备在产业普及过程中所带来的阶段性局限问题也已经显露出来了,也就是大部分人对于整个智能穿戴产业没有清晰的认知。

这种描述水氧电化学反应和有机薄膜载流子间相互作用的模型,很好地解释了有机薄膜晶体管不稳定性的发生机制。根据这个模型,研究人员可能利用在有机薄膜晶体管的表面加合适的保护层等手段克服当前有机薄膜晶体管的不稳定性。

其实就单一的整个人体可穿戴设备产业层面来看,在当前的产业认知与界定中也相对狭义,因为一些产业研究报告,基本只是依赖于智能手表、手环之类的产品为依据,但就市场容量来说,这类产品只是整个可穿戴设备产业中比较小的一个模块。可以说还未正式发力的智能眼镜、智能服装、智能鞋子、智能饰品、智能内衣等体表外可穿戴设备中的任何一类产品形态,其市场空间与市场价值都要比智能手表、手环大得多。

谈及有机薄膜晶体管在未来的应用,刘冉表示:“有机薄膜晶体管并不能取代硅的集成电路,但能够实现一些新的应用。”以有机薄膜晶体管为代表的柔性电子技术具有器件可伸展弯曲、加工设备相对简单、成本低廉等优点,在大面积的柔性显示设备及低成本的智能电子标签等领域具有广阔的应用前景。

不过当前出现“智能穿戴”与“可穿戴设备 ”两者名字的混合使用,也是产业发展过程中的一个正常阶段。随着大众认知的逐步建立,以及整个智能穿戴产业的逐步完善、丰满,必然会引导大家建立一种更为清晰的认知。

从可穿戴设备到纸币防伪,柔性电子技术将有望走进我们生活的方方面面。

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大家可以穿着智能可穿戴设备进行锻炼。

排版:小石头

题图来源:图虫创意

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