即將爆發(fā)的柔性電子市場。人體身上武裝多少個傳感器，才能讓我們感到健康受到保障？

　　這個問題要回答好，離不開一個獨具特色的產業(yè)技術方向：柔性混合電子。在美國各個創(chuàng)新中心中，NextFlex是一個非常值得關注的領域，因為它的研究方向、產業(yè)應用與每個人密切相關，包括了人體健康監(jiān)測的可穿戴設備應用、物聯(lián)網的傳感器，當然也包括了陣列天線的集成應用。因為這個在中國同樣高速發(fā)展的產業(yè)，包括華為、小米等都關注于手環(huán)這類智能個人電子產品應用。當然，你現(xiàn)在見到的手環(huán)都弱爆了，那不過是幼稚園的禮物。未來NextFlex所展示的方向，不僅迷人，而且市場極大，值得關注。

　　一

　　彎彎的寶劍

　　要了解NextFlex在干什么，就得先了解什么是FHE柔性混合電子（Flexible Hybrid Electronics）。這是一種在柔性材料上通過印刷方式制造電子線路板的方式——這與傳統(tǒng)的化學刻蝕方法有很大的不同，從而實現(xiàn)折疊、柔性彎曲的電子設備應用。 

圖1：柔性混合電子的結構組成來源：NextFlex官方網站 

　　毫無疑問， FHE首先是應用在可穿戴設備上。 

圖2：FHE的應用-人體健康監(jiān)測應用

　　圖2可以顯示FHE產品用于人體健康監(jiān)測，包括脈搏、體溫、壓力等，可以根據(jù)需要安裝相應的傳感器，當然，也可以安裝于身體的其它部位。

圖3：在軍事的應用-可穿戴設備

　　要是用在士兵身上，那就就是《鋼鐵俠》所鐘情的禮物了。圖3中顯示了在士兵的可穿戴設備上提供諸如紅外監(jiān)測、圖像傳輸，為了制造方便可以與頭盔、服裝進行較為緊密的結合。 

圖4：FHE的應用市場及潛力 

　　至于更加寬泛的領域，則其市場潛力主要聚焦在柔性顯示材料、照明、傳感器、智能系統(tǒng)等。這些列舉，還不過是柔性混合電子的原材料和器件的應用市場，而由此形成的應用市場潛力則會更大。

　　二

　　美國制造創(chuàng)新中心正在玩

　　美國國家制造業(yè)創(chuàng)新網絡（NNMI），是致力于美國科技成果轉化的一張大網（參見《美國制造創(chuàng)新網絡》術語解讀）。柔性混合電子創(chuàng)新研究院，成立于2015年8月，是美國第七個創(chuàng)新院。 

圖5： NextFlex MII成立大會 

　　NextFlex會員可以說是群星薈萃，包括波音、GE、通用技術等眾多企業(yè)以及大學、聯(lián)邦機構構成了生態(tài)系統(tǒng)共同來解決FHE所遇到的問題。 

圖6：NextFlex的成員構成 

　　NextFlex的使命，主要包括以下幾個方面：基于現(xiàn)有存的網絡在FHE創(chuàng)建最佳團隊構成的伙伴關系，從而可以吸收并促進整個國家已經在行業(yè)、大學和非盈利機構的有顯著影響力的機構。

　　顯然，它需要催化一個電子制造生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)。這種新形式的電子集成了超薄芯片及印刷的功能器件如功率、通信、射流以及生物傳感到一個柔性系統(tǒng)，可以被彎曲、折疊、拉伸和展平；同時組建并領導一個網絡節(jié)點聚焦于FHE相關的制造技術，通過中心協(xié)調所有能夠為電子原型安裝、性能和可靠性測試以及通信路徑創(chuàng)建活動。

　　它積極地推動美國的大學和研究機構轉化并申請研究活動：在半導體和設備包裝、印刷電子、納米材料和微電子即Fluidic系統(tǒng)研究活動從MRL/TRL 4-7，同時參與內部溝通過程。 

圖7：NextFlex的使命 

　　最后，它可以為國防部DoD和商業(yè)最終用戶訪問低容量的生產設施——這一點是不是很棒？中小企業(yè)也可以充分使用這些昂貴的設施。

　　而事實上，NextFlex的使命與其它NNMI的MII一樣，三大主線：商業(yè)化、生態(tài)系統(tǒng)與勞動力開發(fā)，無論其表現(xiàn)形式如何，其本質仍然是有效的執(zhí)行這三大戰(zhàn)略主線。

　　三

　　NextFlex路線圖

　　NextFlex提供了非常完整的發(fā)展路線圖。其聚焦領域，主要體現(xiàn)在靈活的混合電子（FHE）描述相結合的靈活的高性能組件技術（如柔性硅CMOS微處理器）與印刷組件（例如，互連，傳感器，或微流控通道）對非傳統(tǒng)基板（例如，聚合物和織物），可以彎曲，彎曲，拉伸，和/或折疊。圖8提供了一個通用的FHE設備示意圖。而不是傳統(tǒng)的電子產品是基于剛性電路板，包括脆弱的部件需要保護包裝、速度的目標是使符合車輛、設施的形狀的電子產品，或我們的身體在本質上更有彈性。

圖8：NextFlex的技術路線圖規(guī)劃 

　　NextFlex主要集中在四個技術領域：人體健康監(jiān)測系統(tǒng)、資產管理監(jiān)測系統(tǒng)—主要是指在IoT領域的應用，集成的陣列天線和軟機器人。

　　這些技術在軍事和商業(yè)這些設備可以幾乎無限的應用。

　　不同于許多美國國防部資助的機會，在基礎研究或應用研究的重點，NextFlex尋找并彌補FHE制造科學與工程技術的間隙，將實驗室環(huán)境（MRL4）到生產系統(tǒng)、子系統(tǒng)或生產相關環(huán)境的組件（MRL7）的成熟制造進行縫合。

　　NextFlex通過發(fā)布Project Call—項目召集方式來進行項目的發(fā)布、申請、審核、執(zhí)行、驗收整個流程，NextFlex的成員均可申請由NextFlex官方發(fā)布的項目，這些項目的申請有標準的申請Proposal模板參考，由成員申請。

　　在第一輪項目征集中，PC1.0的主題為人身監(jiān)測系統(tǒng)制造和資產監(jiān)測系統(tǒng)制造；而在第二輪項目中，可以發(fā)現(xiàn)在NextFlex所定義的技術挑戰(zhàn)中的問題都會被列入到項目的申請計劃中。例如PC2.1-8的主題包括為FHE所設計的超薄芯片安裝、可穿戴性能監(jiān)測器的實效模式分析等。

　　四

　　FHE對傳統(tǒng)產業(yè)的升級啟發(fā)

　　柔性混合電子的應用范圍非常廣，這個也是值得投資的方向，在這個方向的投資有幾個好的意味：

　　（1）使得傳統(tǒng)的印刷機械能夠在新材料擠出上進行業(yè)務延伸

　　傳統(tǒng)印刷機械都是以紙張、薄膜為主要材料，是一個非常傳統(tǒng)的行業(yè)，也因此，在很多時候被認為是一種夕陽產業(yè)，但是，包括柔性混合電子、鋰電池等新興產業(yè)的發(fā)展，使得印刷機械賦予了新的生命力，可以繼續(xù)得到發(fā)展，只是材料由紙張、薄膜轉變?yōu)槿嵝圆牧希�油墨也由礦物質與化學材料混合變?yōu)榱私饘俨牧稀?/p>

　　（2）電子制造技術變得更加高效

　　傳統(tǒng)化學刻蝕方法制作電子PCB板的過程往往需要耗費較多的時間，其PCB板制作的速度會受到限制，而柔性混合電子則可以通過高速的印刷機（可以達到數(shù)百米/分鐘）來印刷，這樣可以大大提高產品的生產速度和效率，而且，成本更為低廉。

　　在塑料薄膜上進行印刷可以獲得更低的成本，而且對于傳統(tǒng)的印刷機產業(yè)而言，通過FHE可以獲得新的市場機會，當然，對于油墨廠商而言則是全新的產品系列。

　　為什么跨界，往往最容易形成創(chuàng)新？因為跨界的地方往往是一個市場的空白；跨界的地方往往會延伸出一個新的機會，通過技術的融合解決了原有無法克服的問題，制造了新市場，例如：采用印刷技術來印刷線路板，比化學刻蝕速度更快。

　　在一個領域里的困難可能在另一個行業(yè)里是一個簡單的工作；我們經常會發(fā)現(xiàn)，由于某個領域里過于專注于自身的工藝，而按照傳統(tǒng)的工藝來進行的生產遇到的瓶頸使得其無法解決，進而造成產業(yè)無法快速成長，但是，來自于另一個領域的技術卻可以輕松解決這一問題，提升了效率。

　　還有一種可能，就是獲得更低的成本效益。例如：工業(yè)自動化領域之所以將以太網引入產業(yè)作為總線，就是因為以太網本身在消費市場已經非常成熟，其芯片成本極低。并且更重要的是，有無數(shù)的公司企業(yè)已經在這個領域投入前期研發(fā)，并降低了成本。

　　小記

　　在一個創(chuàng)新中心中，包含了終端用戶并成為需求的主導者。這非常重要，他們最了解消費市場，對產品提出需求，而對于設計與研發(fā)而言，產品設計如果能夠得到用戶的直接反饋，是最為高效的方式。顯然，終端用戶是生態(tài)鏈條里最為強大的公司，在NextFlex MII里波音飛機公司具有最為苛刻的要求，也是具有最前沿的應用，可以不斷挑戰(zhàn)供應商的產品設計。

　　注：本文為南山工業(yè)書院美國創(chuàng)新中心研究組的研究成果一部分,致力于研究美國制造創(chuàng)新中心群的建設過程中的運行機制和發(fā)展方向、以及技術路線圖的建設。涉及領域包括增材制造、數(shù)字制造、智能制造、光電集成、智能纖維、寬頻半導體、柔性混合電子、復合材料、輕質材料、機器人、高級工藝、生物醫(yī)藥制造等14個方向。相關內容集結在《美國制造創(chuàng)新研究院解讀》一書，得到中國電子產業(yè)信息研究院的大力支持，近期即將由《電子工業(yè)出版社》出版，敬請關注。涉及到如何創(chuàng)立產業(yè)聯(lián)盟、運營創(chuàng)新中心、選擇產業(yè)鏈布局的話題，歡迎一起交流。