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大面积柔性压力传感器阵列及其终端产品
 
一、   成果简介
        人与自然环境之间、人与生产资料和生活资料之间、密封件的两个固支端之间的接触界面主要为柔性界面、曲面和不规则形状界面,这类界面接触交互作用力及其动态分布信息无法采用传统的力或压力传感器感测,柔性压力传感器阵列应运而生,其具有高密度、高柔韧性、高贴合性等特点,是测量多种柔性非平接触界面接触压力大小及分布信息的唯一器件,在公共安全、工业制造、人机工程、医疗诊断、体育科研以及生物力学研究等领域具有广阔的应用前景。

二、   成果技术优势分析

       (一)研发历程及知识产权情况
        课题组先后攻克了了柔性阵列压力传感器的低成本压阻电阻浆料组分配方与制备工艺、压力传感器阵列结构设计与制备工艺、海量信号检出电路设计、基于工业以太网的通信组网、压力阵列性能检测检验等关键技术,研制了具有完备自主知识产权(13项授权发明专利、8项软件著作权登记)的大面积、低成本、高密度柔性压力传感器阵列及多项终端应用产品,解决了大区域柔性非平界面接触力信息获取的关键技术问题。

        形成的产品系列包括:数字跑道、数字场地以及数字跑鞋,已小批量生产,被十几个国家运动队和大学成功应用于竞技体育训练、运动生物力学科研教学以及个性化工业设计领域,目前供不应求。性能和尺寸形状可定制的柔性压力传感器阵列,小批量生产,满足工业制造、人机工程、军工设计等领域的特定需求;基于步态触觉的身份识别系统,获国家安全部重大科技攻关计划支持,样机已成功通过国家安全部验收,正在进行工程化产品化设计;重要区域门禁系统,已在人民大会堂部署15套, 2013、2014年两会安保工作近万人次实验证明系统具有92%以上的识别准确率,需求大,亟待深度开发;神经系统疾病量化分级诊疗系统,与安徽中医药大学联合开发,已通过二期临床测试,效果显著;大区域群体步态监测预警系统,已完成原型系统研制,得到公安部门认可。

        形成的知识产权如下表所示。
 
 成果获得的知识产权简表
序号 名称 专利申请号 专利国别 授权年度
1 基于数字跑道的田径训练信息采集和反馈系统 ZL200510095623.2 中国 2008
2 基于柔性阵列压力传感器的数字跑鞋 ZL200710024290.3 中国 2009
3 基于柔性阵列压力传感器的健康监测运动鞋及其健康监测的方法 ZL200910117112.4 中国 2012
4 基于柔性阵列压力传感器的可拼装式数字化场地及步态训练的方法 ZL200910117111.X 中国 2011
5 一种步态触觉信息获取与分析方法 ZL201110041844.7 中国 2013
6 分布式人体运动环节加速度测试装置 ZL200610088181.3 中国 2008
7 用于分布式人体运动环节加速度测试装置的方法 ZL200610088183.2 中国 2008
8 集成式人体机能指标综合评测装置及其工作方法 ZL200710132390.8 中国 2009
9 一种力学传感器阵列标定装置及其工作方法 ZL200810097896.4 中国 2010
10 一种多参数生物信息测试平台及测试方法 ZL200910184851.5 中国 2012
11 基于加速度传感器人体运动识别系统及方法 ZL200910184850.0 中国 2012
12 一种足部加速度信息采集系统及其加速度信息采集方法 ZL200910184852.X 中国 2012
13 一种便携式通用生物信号获取和分析系统及方法 ZL200910184853.4 中国 2013
序号 名称 软件著作权登记号 国别 授权年度
1 数字跑道测试分析系统V1.0 软著登字第128287号2009SR02108 中国 2009年
2 压力分布测试分析系统V1.0 软著登字第128288号2009SR02109 中国 2009年
3 数字跑鞋测试分析系统V1.0 软著登字第128010号2009SR01831 中国 2009年
4 跆拳道步法敏捷度训练系统V1.0 软著登字第128011号2009SR01832 中国 2009年
5 基于步态触觉信息的身份识别系统[简称:步态识别系统]V1.0 软著登字0266060号2011SR002386 中国 2011年
6 数字场地信息采集系统V1.0 软著登字0266061号2011SR002387 中国 2011年
7 数字场地武术训练系统V1.0 软著登字0266063号2011SR002389 中国 2011年
8 多参数运动生物力学信息集成采集系统V1.0 软著登字0266064号2011SR002390 中国 2011年
 
         (二)成果创新点
                  1、解决了大区域柔性非平界面接触交互作用力信息低成本实时测量难题;
                  2、解决了公共安全领域非侵入远距离的人员身份识别问题;
                  3、解决了神经系统疾病量化分级诊断难题。
 
        (三)技术成熟度及与国际顶尖产品技术指标对比
                  研发的柔性压力传感器阵列及其终端产品均已实现小批量试产试销,用户反映良好,市场需求明确。

柔性压力传感器阵列主要技术指标国外顶级产品对比简表
 主要指标 本项目 Tekscan
Walkway
Rsscan
SPI
TACTILUS
综合精度(F.S%)   ±7 ±10 ±5 ±10
时间分辨率(Hz)  200 100 200 250
空间分辨率(点/ cm2 9 4 2.6 25
单元敏感点数量(个)  90,000 50,688 16,384 4,096
组合测量面积(m2 可组态任意形状与面积,目前最大面积400 m2 1.39 0.62 1.23
 
三、    产业化前景与市场需求分析
        大面积柔性压力传感器阵列在工业制造领域如密封件承压后的形貌测量、基于轮胎胎痕分析的形变测量、各类碰撞实验中的假人全身受力测量、个性化座椅床垫等生活资料的设计制造等应用中都是不可替代的信息感测器件;在公共安全领域,基于柔性压力传感器阵列开发的远程非侵入式人员身份识别系统、复杂环境下特定人员的轨迹跟踪系统、重要领域多功能门禁系统以及非法入侵检测预警系统等产品,具有十分明确和紧迫的行业需求;在医疗卫生领域,基于柔性压力传感器研发的步态测试分析系统对帕金森、肝豆状核变性、脑血管病(卒中、偏瘫等)预后等神经系统疾病临床症状的量化测评、分级治疗与疗效评估具有重要意义,属于行业急需的关键技术装备,市场需求巨大;在体育、健身与生物力学研究领域,基于柔性压力传感器阵列开发的数字跑道、数字场地、数字跑鞋等产品已在前期应用中表现出了无可比拟的卓越性能,不仅在国内具有技术垄断地位,在国际上也得到高度肯定,产品已销往港台和新加坡,客户反馈积极。

        IDC公司2005年预测,柔性传感器2010年市场份额将达到50亿美元,2015年87亿美元。实际上公共安全、疾病量化分级诊疗、个性化设计等终端产品的市场需求更大。

        目前尚无企业合作生产,已建的一条小型传感器研发工艺线位于智能所实验室,场地、专业人员以及产业化资金等条件限制严重制约了产能扩建,无法满足市场需求。
 
四、    投资与收益分析
        合作模式:该成果为一项传感器产品+若干基于该传感器的终端产品,因此可采取多渠道合作机制,可选择一个优质合作方组建产业实体,研发生产柔性压力传感阵列产品,以该实体平台为基础,逐步以参股或控股方式组建终端产品的专业公司。希望解决产业化资金、引入产业合作伙伴并组建专业化的产业队伍进行市场开发。

        投资规模:1000万元人民币,其中柔性传感器生产工艺线一条,约需350万元,神经系统疾病量化分级诊疗系统扩试(目前只有一套系统,为申领国家药监局医疗器械注册证必须在三家三甲医院开展临床试验)所需2套样机、临床测试实验以及申领注册证的费用约需100万元,公共安全领域产品的示范工程(2个)费用80万元,传感器模具费用170万元,产业化其他费用300万元.

        预期收益:该成果支撑一个很大的产品群,预期3年内收回全部投资,第四年起,单是神经系统疾病量化分级诊疗系统销售收入每年不会低于3000万元(20套);公共安全产品难以预测,一切顺利则市场巨大,有所曲折也在预料之内;数字场地等产品年收入不会低于2000万元(10套),其它产品1000万元,合计年销售收入将达到5000万元,且保持很高的年复合增长率。更为关键的是,投资获得了一个拥有完备自主知识产权的高新技术产品群,创业获利空间巨大。
 


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