村田九州大学联合开发DDRO技术 实现低功耗电子皮肤

2026年6月，日本村田制作所（Murata Manufacturing）与九州大学研究团队联合宣布，成功开发出一种基于“直接数字读出方式”（Direct Digital Read-Out, DDRO）的新型传感器信号读取技术。该技术旨在解决大规模温度传感器阵列在读取过程中面临的功耗过高和信号精度下降问题，通过模仿人类皮肤的感知机制，实现了极低能耗下的高速信号处理，为下一代高灵敏度电子皮肤和可穿戴健康监测设备提供了关键的技术支撑。

随着机器人技术和柔性电子设备的快速发展，具备类似人类皮肤触觉和温度感知能力的“电子皮肤”成为行业热点。然而，传统电子皮肤系统主要依赖模拟信号输出，这意味着在将传感器数据转化为数字信号时，必须配备额外的模数转换电路。这种架构不仅增加了系统的复杂度和体积，还导致随着传感器集成数量的增加，线路噪声干扰加剧，信号精度和读取性能显著下降。此外，庞大的数据处理需求也带来了巨大的功耗挑战，限制了其在电池供电设备上的长期应用。

针对这一痛点，研究团队从人类皮肤的生理机制中汲取灵感，提出了一种创新的解决方案。他们利用具有相变特性的材料作为传感器核心元件，当温度发生变化时，该材料的状态会发生急剧改变。基于此特性，团队设计了DDRO技术，能够直接将传感器的输出转化为数字信号，无需经过复杂的模拟-数字转换环节。这是全球首次开发出适用于传感器阵列系统的DDRO架构，从根本上简化了信号处理链路。

在技术实现上，DDRO方式通过结构上的优化，有效抑制了传统布线中常见的噪声干扰问题。研究团队提供了两种工作模式：一种是利用电阻值差异进行判定的常规方式，另一种则是利用充电速度差异的高速判定方式。后者尤为关键，因为它允许系统在未达到稳态前即可进行信号判断，从而大幅提升了读取速度，满足了实时监测的需求。

为了验证技术的实际性能，研究团队构建了由1024个传感器组成的柔性传感器 sheet，并结合采用180纳米工艺试制的专用电路芯片进行了综合测试。实验数据显示，该系统的能效表现极为优异：单个传感器的Zui小能耗仅为12.2皮焦耳（pJ），而单行数据的读取速度达到了710纳秒（ns）。这一数据表明，该技术能够在保持高分辨率的同时，将功耗控制在极低的水平，非常适合对能源敏感的可穿戴应用场景。

除了温度感知，该DDRO技术的通用性也备受行业关注。研究团队指出，这种直接数字读出的架构不仅适用于温度传感器，同样可以扩展应用于压力传感器、化学传感器等多种类型。这意味着该技术有望成为未来多功能电子皮肤的标准底层技术，支持同时监测体温、接触压力和化学物质浓度等多维生理指标。

目前，日本在柔性电子和传感器材料领域拥有深厚的积累，村田制作所作为全球被动元件巨头，其在微型化、低功耗器件方面的制造能力与九州大学的科研创新形成了互补。此次合作不仅展示了产学研结合的成果，也反映了日本在高端传感技术领域的持续投入。随着人口老龄化加剧和健康监测需求的提升，高精度、低功耗的穿戴式医疗设备在日本及全球市场均具有广阔的应用前景。

对于中国行业从业者而言，这项技术的突破提供了重要的选型和研发参考。首先，在采购或开发电子皮肤相关产品时，应重点关注传感器信号处理架构是否采用了直接数字读出技术，这直接关系到系统的功耗表现和抗干扰能力。其次，12.2皮焦耳的超低能耗指标为电池供电设备的续航优化提供了新的设计思路，工程师可借鉴其相变材料的应用逻辑，探索新型敏感材料的集成方案。Zui后，随着该技术向压力、化学传感器领域的延伸，相关产业链上下游企业应提前布局多模态传感器的融合技术，以应对未来智能穿戴设备对多功能集成的更高要求。