新兴的物联网技术构想了一个完全互联互通的未来，其中数据逐渐成为了数字时代的「新石油」。但目前，面向物联网需求无处不在，并对各类敏感信号进行数据采集的技术仍然十分匮乏²⁻³。智能微尘最初构想为具有沙粒般体积的微型多功能感知和执行平台，同时具有传感、信号处理、通信以及制动能力，可以被大规模部署到环境中并精确提取各类信号。

由于传统感知技术与芯片技术具有一定的工艺差异，而基于芯片技术的制备工艺在微型化方面具有天然的优势，因此如果感知功能可以通过芯片技术与工艺实现，那么就可以遵循摩尔定律大幅度实现微小尺度的传感器及其集成系统，从而大规模制造智能微尘使其实用化，由于是基于数字芯片技术，我们可以称该技术为智能数字微尘技术⁴。

作者在文中提出了基于折叠柔性电路构建智能数字微尘的方法，并通过具有多功能传感能力的毫米级原型机展示了该方案的可行性。作者将智能材料集成在柔性单晶硅纳米膜光电晶体管上，实现了对气体、温度和湿度等多个环境参量的低能耗光电传感。作者还将基于标准半导体工艺制备的传感器内核与无源电学元件、多路复用器及电池组件相结合，通过折叠柔性电子器件构建了多功能的传感系统。系统的尺寸被大幅度缩小，实现了实时、高精度、多功能传感特性。该结果显示了将优越的互补式金属氧化物半导体技术和快速发展的柔性电子技术的优势相结合，从而为半导体工艺制造物联网关键器件提出了一个新的潜在路径⁵。

图1 | 基于柔性电路折叠实现智能微尘小型化的设计和构造。

图2 | 毫米级尺寸的多功能传感智能微尘原型及其探测性能。

Foldable-circuit-enabled miniaturized multifunctional sensor for smart digital dust¹

Smart dust, which refers to miniaturized, multifunctional sensor motes, would open up data acquisition opportunities for Internet of Things (IoT) and environmental protection applications. Great progress has been made in the actuation/motion capability and microscopic communication technology for smart dust, with developments such as wind-dispersed seeds inspired electronic microfliers², untethered electronic microscopic sensors³, and sub-hundred-micrometer walking robots⁴. However, critical challenges remain for the integration of high-density sensors, further miniaturization of device platforms, and reduction of cost. Here, we demonstrate the concept of smart digital dust to address these problems, results of which combine the benefits of (i) the maturity of complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) processing technologies and (ii) the unique form factors of emerging flexible electronics⁵. As a prototype for smart digital dusts, we present a millimeter-scale multifunctional optoelectronic sensor platform consists of high-performance optoelectronic sensor cores and commercially available integrated-circuit components. The smart material-assisted optoelectronic sensing mechanism enables real-time, high-sensitivity hydrogen, temperature, and relative humidity (RH) sensing based on a single chip with ultralow power consumption. The microsystem presented here introduces a viable solution to the multifunctional sensing need of IoT, and could serve as a building block for the rapidly-evolving framework of smart dust in the future⁵.

参考文献：

[1] You, C.-Y. et al. Foldable-circuit-enabled miniaturized multifunctional sensor for smart digital dust. Chip 100034 (2022).

[2] Kim, B. H. et al. Three-dimensional electronic microfliers inspired by wind-dispersed seeds. Nature 597, 503-510 (2021).

[3] Cortese, A. J. et al. Microscopic sensors using optical wireless integrated circuits. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 9173-9179 (2020).

[4] Miskin, M.Z. et al. Electronically integrated, mass-manufactured, microscopic robots. Nature 584, 557–561 (2020).

[5] Li, G. et al. Silicon nanomembrane phototransistor flipped with multifunctional sensors toward smart digital dust. Sci. Adv. 6, eaaz6511 (2020).

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2709472322000326

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