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脑机接口带火的传感器领域,可以关注哪些国产厂商?

发布时间:2024-02-21

此前,马斯克在社交媒体平台X上宣布,人类首次实现脑机接口(Neuralink)芯片植入,植入者恢复良好,引发了媒体重点关注。2月2日,科技部官方网站公布我国首部《脑机接口研究伦理指引》,以指导脑机接口研究合规开展。以上种种,都揭示了脑机接口将成为科技面向未来,造福人类的一大关键渡口。

脑机技术能提供多种功能,主要分为五类:监测、替代、改善/恢复、增强和补充。当前,医疗健康为脑机的主要应用场景,但其作为一项新兴的人机交互的重要形式,正在基于临床医学领域走向更广阔的下游应用领域,拓展到情绪识别、虚拟现实和游戏等非医学领域。

若说此前还只是科技巨头参与开发底层技术,近年来,脑机接口正基于AI所带来的生产力革命刮向互联网界,阿里、百度、科大讯飞、米哈游等公司正基于自身产品线陆续推出人工智能脑计划。可以说,站在生物科学与计算科学前沿的脑机接口即将成为下一个爆发赛道,产业链相关环节值得关注。

而作为人机连接,感知信息的关键,传感器占据了脑机接口硬件环节的价值前列。笔者基于此对柔性传感产业链条进行简要梳理。


柔性传感器应用发展现状

柔性传感器是指采用柔性材料制成的传感器,具有良好的柔韧性、延展性,可以自由弯曲甚至折叠。柔性传感器采用了柔性基板,其本质上是一种薄膜,通常采用聚酰亚胺(PI)、聚酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等材料制成。

从刚性到柔性的突破,极大拓展了传感器的应用场景,也为柔性传感器行业提供了更广阔的发展空间。据华经产研数据,2021年至2028年全球柔性传感器市场的年复合增长率达6.8%,预计2028年可达84.7亿美元。2022年,我国本土企业柔性传感器市场规模达3.12亿元,同比增长31.6%。


从智能穿戴到健康监测,基于柔性传感器技术创新,产品形态可以不断迭新。在此之中,机器人和脑机接口被视为柔性传感器爆发的两大超级应用。

根据Data Bridge Market Research数据显示,2022年脑机接口市场规模为17.40亿美元,预计到2030年将达56.92亿美元。

按照外科手术标准,脑机接口设备可分为侵入式、非侵入式、半侵入式三种。其中,侵入式脑机接口是国际主流的脑机接口技术路线,非侵入式易穿戴, 但信号空间分辨率较差,而半侵入式则是将脑机接口植入头皮与大脑皮层之间,侵入式脑机接口的研发风险更大,技术要求与资金门槛更高,其主要包括犹他阵列电极、血管支架电极与柔性脑机接口,其中,柔性脑机接口有1024条通道,机器人自动植入。

当前,站在柔性脑机接口研究前线的Neuralink成功推出了脑部可植入式传感器芯片N1,该芯片可以将细胞膜表面电位记录下来,并通过滤波等处理将其转化为数字信号。

N1的体积仅为硬币大小,由电池供电,可进行无线充电。

而在Neuralink获批开展人体临床实验之前,Cyberkinetics公司的犹他阵列电极于2004年获得FDA上市,并开展了首次关于运动皮层脑机接口临床试验,尝试通过运动意图来完成对机械臂的控制;2021年,Synchron公司的血管支架电极获得FDA批准在美国开始人体试验,并于2022年7月宣布在美国首次植入脑机接口。至此,柔性脑机接口终于与大部队汇合,三种技术路线的侵入式脑机接口均已介入人体临床。

在机器人领域,电子皮肤得到青睐,其将各种电子元器件集成在柔性基板之上从而形成皮肤状的电路板,能赋予机器人类似人类皮肤的敏感性,以及触觉、视觉、听觉、味觉和嗅觉等感知能力。目前,对于电子皮肤的应用畅销主要是手术机器人领域,医生佩戴电子皮肤可使手术机器人获取实时信息让手术更精准,而特斯拉推出人形机器人后,电子皮肤在机器人领域的产业化进度有望进一步被加快。


该领域的国产厂商

在柔性传感器领域,目前有以下多家代表企业:

  • 能斯达科技

国内企业中,汉威科技子公司能斯达在柔性压电传感器领域掌握自主知识产权,可实现国产化替代。

目前,能斯达已建立了稳定的纳米敏感材料体系,掌握了柔性压阻、柔性压电、柔性温湿度、柔性电容四大核心技术,确立了柔性压力传感器、柔性压电传感器、柔性织物、柔性应变传感器、柔性温湿度传感器、柔性热敏传感器、柔性电容传感器七大产品系列,拥有百余项核心专利,拥有一条年产1000万支柔性传感器的超净印刷线和组装线。

据了解,其相关产品目前已在三甲医院进行临床实验,其柔性微纳传感器业已在智能机器人领域得到应用,该技术与电子皮肤兼容。


钛深科技是一家致力于工业、消费电子、健康、医疗等各个行业高精度和超柔性压力传感器方案的国家高新技术企业,成立于2018年。

TacSense开发并拥有全球最灵敏、最柔性的触觉传感技术-柔性离电式传感技术(FITS),能够提供实时的、高质量的、低噪声的触觉/压力信号,并拥有全柔性、光学透明及超薄封装等物理特性,致力于解决各行业压感及压力分布需求的痛点。


  • 三三智能科技

三三智能科技(苏州)有限公司是一家以柔性薄膜传感技术为核心,集材料研发、产品设计、软硬件开发、生产销售、技术服务于一体的高科技企业,致力于高分子材料、智能控制、云计算、大数据分析等领域的技术研发,专注于声学超声、医疗健康、航空航天、智能交通、人机交互、控制检测、可穿戴设备等行业领域的深度应用开发,是智能柔性传感技术及行业应用解决方案提供商。


  • 柔宇科技

柔宇科技成立于2012年,拥有自主研发的核心柔性电子技术生产全柔性显示屏和全柔性传感器。柔宇科技推出全球最薄彩色柔性显示屏、建立全球首条全柔性显示屏大规模量产线。

柔宇具有多项自主知识产权传感器由柔性显示技术衍生而来,应用于移动终端、智能交通、智能家居、运动时尚、办公教育、文娱传媒等众多领域。其柔性电子智能背包曾斩获CES 2017“健康运动生物科技”创新产品国际大奖。


  • 慧闻纳米

苏州慧闻纳米科技有限公司是一家从事智能传感器研发、生产和销售,同时提供人工嗅觉解决方案的国家级高新技术企业。公司于2014年成立,目前已研发出针对多种有毒有害气体(如甲醛、酒精、氨气、一氧化碳、氮氧化物、硫化氢、甲烷、TVOC 等)的传感器芯片及相应的检测模块,在昆山建成了MEMS气体传感器、热电堆温度传感器、柔性压力传感器、红外CO2传感器模组、激光PM2.5传感器生产线,

目前,慧闻纳米在不断拓展传感器检测气体种类的同时,还将在精准识别、精确检测上不断完善,让微型模块化的“电子鼻”系统能够集成到越来越多的智能终端设备中,积极拓展在人工嗅觉领域的应用。


应用爆发,还需解决几个问题

自21世纪初以来,柔性传感器的发展已经非常成熟。但目前柔性传感器在走向市场的发展中并未达到预期水平,主要受制于以下因素:


  • 稳定性

稳定性对于传感器至关重要,柔性传感器的稳定性挑战通常源于其制造过程中使用的有机和聚合材料,这些材料往往会随着时间的推移而退化,并且其特性很容易被环境因素改变。

此外,包含生物受体的可穿戴生物传感器面临额外的生物不稳定性,例如柔性传感器所处的降解环境,例如存在极端物理化学应力的体内组织和生物流体,深海和高海拔地区等,都加剧了这一挑战。


  • 生物接口

柔性传感器的一个显着优势是能够完整地附着在非平面上,并在使用过程中承受动态变形。此功能使柔性传感器非常适合测量生物对象,包括人类、动物、植物,甚至组织和细胞开发生物界面材料最重要的考虑因素是生物相容性。


  • 供电问题

电源是传感系统正常运行的基础。随着柔性传感器在更多用例中具有更先进的功能和多样化的外形尺寸,在可持续和可靠地为传感系统和网络供电方面出现了挑战。

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