機(jī)械手可以平穩(wěn)抓起柔軟易碎的豆腐，重量只有5mg的小蜘蛛，其運(yùn)動(dòng)也能被傳感器準(zhǔn)確捕捉，近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)(以下簡(jiǎn)稱“哈工大(深圳)”)胡泓教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港城市大學(xué)楊征保教授團(tuán)隊(duì)提出了一種基于壓電薄膜、具有行+列電極結(jié)構(gòu)的觸覺傳感器陣列，相關(guān)成果發(fā)表在 《Advanced Science》。這項(xiàng)研究為觸覺傳感器設(shè)計(jì)提供了一種新的策略，有望惠及電子皮膚、健康監(jiān)測(cè)、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和機(jī)器人等領(lǐng)域。

“該項(xiàng)研究主要具有三大創(chuàng)新點(diǎn)。”胡泓介紹說，多功能觸覺傳感器陣列在測(cè)量壓力、彎曲半徑和彎曲方向的同時(shí)，還可以實(shí)時(shí)區(qū)分外部刺激的模式，實(shí)現(xiàn)了多種測(cè)量模式的自動(dòng)解耦。同時(shí)，傳感器陣列采用橫縱電極結(jié)構(gòu)，將電極引線數(shù)量由n×m降低至n+m，極大降低了制作成本和難度。此外，該項(xiàng)研究還解決了橫縱電極結(jié)構(gòu)在壓電傳感器陣列中的信號(hào)串?dāng)_問題。

目前，柔性觸覺傳感器陣列在應(yīng)用上面臨著許多挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的觸覺傳感器陣列往往只具有單一功能，同時(shí)大面積、高分辨率的傳感器陣列需要大量的電極引線。兩支團(tuán)隊(duì)本次提出的觸覺傳感器陣列，可以實(shí)時(shí)感測(cè)和區(qū)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(shí)，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)克服了其他壓電傳感器中存在的串?dāng)_問題。壓力測(cè)試和彎曲測(cè)試表明，本次提出的觸覺傳感器陣列具有高靈敏度(7.7 mV / kPa)，長(zhǎng)期耐用性(80,000個(gè)循環(huán)周期)和快速響應(yīng)時(shí)間(10 ms)的特征。觸覺傳感器陣列還顯示出卓越的可擴(kuò)展性和易于大規(guī)模制造的能力。

近年來，柔性電子皮膚一直是學(xué)術(shù)界和業(yè)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(diǎn)之一。觸覺傳感器能對(duì)外界的應(yīng)力刺激產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，廣泛應(yīng)用在人工智能、人機(jī)交互、生物信息檢測(cè)等領(lǐng)域。深入了解人體皮膚的感知原理，是設(shè)計(jì)仿生觸覺傳感器的重要前提。

據(jù)了解，人體皮膚是一種非常“強(qiáng)大”的觸覺傳感器，它可以同時(shí)檢測(cè)各種刺激的強(qiáng)度和模式，可以分辨出按壓、敲擊和彎曲，這主要?dú)w因于四個(gè)機(jī)械感受器(SA-I，II和FA-I，II)分布在人體皮膚的不同區(qū)域，機(jī)械感受器接收外部刺激并將其轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，這四種受體的綜合信號(hào)由大腦進(jìn)行分析，進(jìn)而得到物體大小、形狀和質(zhì)地等信息。

記者朱倩 通訊員 謝梁暉

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