标题：A high-fidelity skin-attachable acoustic sensor for realizing auditory electronic skin ()
文章链接：/doi/full/10.1002/adma.09545
主要内容及创新点：本文提出了一种可贴附在皮肤上的声学传感器，它比人耳更宽的听觉范围和更高的传感精度，具有平坦的频率响应（15-10000Hz）和良好的线性范围（29-134dBSPL）以及对柔性表面和人体皮肤的高度保形性。这种高声音传感质量是通过在使用声机电建模设计的隔膜结构中利用聚合物材料的低残余应力和高加工性能的薄膜转移法来实现的。附着在人体皮肤上的声学传感器直接连接到运行最新人工智能虚拟助手的商用移动设备，并通过准确的声音感应展示了成功的语音识别功能。
图1 可贴附皮肤的声学传感器的配置。（a）声学传感器的横截面示意图（b）可贴附皮肤的声学传感器中隔膜结构的顶视图（c）可贴附于皮肤的声学传感器结构的横截面SEM图像，包括悬浮隔膜、支撑和穿孔背板（d）附在4mL玻璃瓶（外径7.5mm）上的可贴附皮肤的声学传感器的照片。
图2 可贴附电子皮肤的声学传感器和机械性能。（a,b）可贴附皮肤的声学传感器的电容变化-电压（C-V）曲线，显示隔膜直径（a）和聚合物隔膜固化温度（b）的影响，以及模拟的C-V对应聚合物隔膜（直径：1600um）中残余应力为5、5.8和13MPa的曲线。（c）在95、150和240℃的温度下固化的环氧基聚合物隔膜的FT-IR光谱（d）环氧树脂基聚合物隔膜在95、150和240℃固化温度下的残余应力和损耗因子（e）声学传感器的开路灵敏度和之前报道的具有由有机、硅基和金属材料组成的电容性隔膜的声学传感器的比较。
图3 高保真皮肤可附着声学传感器的声学响应。（a）封装声传感器对应的声-机-电耦合等效电路模型（b）声学传感器的频率响应，显示了隔膜直径和固化温度（残余应力）的影响。在（a）实验条件下使用等效电路模型获得的仿真结果在（b）中绘制为虚线。（c）在100-20000Hz频率范围内作为频率函数的噪声功率谱密度的测量和模拟结果（d）我们的声学传感器的归一化输出是0.5mPa到100Pa声压的函数，一条线表示理想的线性灵敏度。
图4 传感响应和运行稳定性的比较。（a）我们的声学传感器和之前报道的柔性声学传感器每个传感区域的灵敏度比较（b）比较我们的可附着皮肤的声学传感器和之前报道的柔性声学传感器的动态范围和带宽。根据参考文献中的信息定量绘制具有痛/听阈和声音范围的人类听觉场（c）在25-120℃范围内作为温度函数的归一化灵敏度，显示了我们的声学传感器的温度稳定性。
图5 声学传感器的高保真度演示。（a）消声室中用于与商用麦克风进行声音感应质量比较的实验装置照片（b-d）使用商用手机（iphone XR）、我们的声学传感器和专业录音麦克风（AT2035 Audio-Technica）记录和测量的输出波形和频谱图。
图6 柔性电子产品和听觉电子皮肤的应用。（a）超小型可穿戴声学传感器照片（隔膜直径：1600um，设备整体尺寸：9mm2，厚度：420um）附着在与柔性和听觉电子皮肤相对应的柔性基板上（b）归一化灵敏度作为弯曲半径的函数，表明我们的声学传感器的灵敏度没有下降（c）当用户说“电子皮肤”时，使用我们连接到曲面和平面的声学传感器记录和测量的输出波形和频谱图（d）语音识别应用程序设置的照片，用于演示带有读出电路的可附着皮肤的声学传感器，它直接连接到运行最新人工智能虚拟助手（谷歌助手）的移动电子设备（e）附在人手上的高保真声学传感器的照片，显示了作为听觉电子皮肤的可能应用（f,g）移动设备的屏幕显示用户命令“搜索电子皮肤”，人工智能助手识别并显示人工智能助手在互联网上执行搜索以执行命令。
