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哈工大(深圳)聯合香港城市大學團隊提出新型柔性觸覺傳感器陣列

儀表研發 2021年01月19日 10:24:38 來源:哈爾濱工業大學(深圳)人氣:15383
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  【儀表網 儀表研發】機械手可以平穩抓起柔軟易碎的豆腐;重量只有5毫克的小蜘蛛,其運動也能被傳感器準確捕捉……這一切,皆因應用了基于壓電薄膜、具有行+列電極結構的觸覺傳感器陣列。這一新型柔性觸覺傳感器陣列由哈爾濱工業大學(以下簡稱“哈工大”)(深圳)胡泓教授團隊聯合香港城市大學楊征保教授團隊提出,相關成果近日發表于《Advanced Science》,林偉康和王標為共同第一作者。
 
基于皮膚啟發的觸覺傳感器陣列示意圖。
 
  近年來,柔性電子皮膚一直是學術界和業界的熱門話題,其中用于模仿人體皮膚功能的仿生觸覺傳感器是研究的重點之一。觸覺傳感器能對外界的應力刺激產生對應的電信號,廣泛應用在人工智能、人機交互、生物信息檢測等領域。深入了解人體皮膚的感知原理,是設計仿生觸覺傳感器的重要前提。
 
  據了解,人體皮膚是一種非常“強大”的觸覺傳感器,它可以同時檢測各種刺激的強度和模式,可以分辨出按壓、敲擊和彎曲,這主要歸因于四個機械感受器分布在人體皮膚的不同區域,機械感受器接收外部刺激并將其轉換為電子信號,這四種受體的綜合信號由大腦進行分析,進而得到物體大小、形狀和質地等信息。
 
  目前,柔性觸覺傳感器陣列在應用上面臨著許多挑戰。現有的觸覺傳感器陣列往往只具有單一功能,同時大面積、高分辨率的傳感器陣列需要大量的電極引線。哈工大(深圳)胡泓教授團隊和香港城市大學楊征保教授團隊本次提出的觸覺傳感器陣列,可以實時感測和區分各種外部刺激的大小、位置和模式,包括輕微觸碰、按壓和彎曲等。與此同時,其獨特的設計克服了其他壓電傳感器中存在的串擾問題。壓力測試和彎曲測試表明,本次提出的觸覺傳感器陣列具有高靈敏度、長期耐用性和快速響應時間的特征。觸覺傳感器陣列還顯示出卓越的可擴展性和易于大規模制造的能力。
 
觸覺傳感器陣列的應用。
 
  “該項研究主要具有三大創新點。”胡泓介紹說,多功能觸覺傳感器陣列在測量壓力、彎曲半徑和彎曲方向的同時,還可以實時區分外部刺激的模式,實現了多種測量模式的自動解耦。同時,傳感器陣列采用橫縱電極結構,極大降低了制作成本和難度。此外,該項研究還解決了橫縱電極結構在壓電傳感器陣列中的信號串擾問題。這項研究為觸覺傳感器設計提供了一種新的策略,有望惠及電子皮膚、健康監測、動物運動檢測和機器人等領域。
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