即將爆發的柔性電子市場。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技術方向：柔性混合電子。在美國各個創新中心中，NextFlex是一個非常值得關注的領域，因為它的研究方向、產業應用與每個人密切相關，包括了人體健康監測的可穿戴設備應用、物聯網的傳感器，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展的產業，包括華為、小米等都關注于手環這類智能個人電子產品應用。當然，你現在見到的手環都弱爆了，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——這與傳統的化學刻蝕方法有很大的不同，從而實現折疊、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-人體健康監測應用

　　圖2可以顯示FHE產品用于人體健康監測，包括脈搏、體溫、壓力等，可以根據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

　　美國制造創新中心正在玩

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

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以及大學、聯邦機構構成了生態系統共同來解決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：基于現有存的網絡在FHE創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、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系統開發。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，可以被彎曲、折疊、拉伸和展平；同時組建并領導一個網絡節點聚焦于FHE相關的制造技術，通過中心協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：商業化、生態系統與勞動力開發，無論其表現形式如何，其本質仍然是有效的執行這三大戰略主線。

　　三

　　NextFlex路線圖

　　NextFlex提供了非常完整的發展路線圖。其聚焦領域，主要體現在靈活的混合電子（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的技術路線圖規劃 

　　NextFlex主要集中在四個技術領域：人體健康監測系統、資產管理監測系統—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，將實驗室環境（MRL4）到生產系統、子系統或生產相關環境的組件（MRL7）的成熟制造進行縫合。

　　NextFlex通過發布Project Call—項目召集方式來進行項目的發布、申請、審核、執行、驗收整個流程，NextFlex的成員均可申請由NextFlex官方發布的項目，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的主題為人身監測系統制造和資產監測系統制造；而在第二輪項目中，可以發現在NextFlex所定義的技術挑戰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、可穿戴性能監測器的實效模式分析等。

　　四

　　FHE對傳統產業的升級啟發

　　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）使得傳統的印刷機械能夠在新材料擠出上進行業務延伸

　　傳統印刷機械都是以紙張、薄膜為主要材料，是一個非常傳統的行業，也因此，在很多時候被認為是一種夕陽產業，但是，包括柔性混合電子、鋰電池等新興產業的發展，使得印刷機械賦予了新的生命力，可以繼續得到發展，只是材料由紙張、薄膜轉變為柔性材料，油墨也由礦物質與化學材料混合變為了金屬材料。

　　（2）電子制造技術變得更加高效

　　傳統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，而且對于傳統的印刷機產業而言，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里是一個簡單的工作；我們經常會發現，由于某個領域里過于專注于自身的工藝，而按照傳統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：工業自動化領域之所以將以太網引入產業作為總線，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，有無數的公司企業已經在這個領域投入前期研發，并降低了成本。

　　小記

　　在一個創新中心中，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，可以不斷挑戰供應商的產品設計。

　　注：本文為南山工業書院美國創新中心研究組的研究成果一部分,致力于研究美國制造創新中心群的建設過程中的運行機制和發展方向、以及技術路線圖的建設。涉及領域包括增材制造、數字制造、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、生物醫藥制造等14個方向。相關內容集結在《美國制造創新研究院解讀》一書，得到中國電子產業信息研究院的大力支持，近期即將由《電子工業出版社》出版，敬請關注。涉及到如何創立產業聯盟、運營創新中心、選擇產業鏈布局的話題，歡迎一起交流。