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可穿戴設(shè)備或迎顛覆性突破!“鱷魚皮”壓力傳感器可100%拉伸
來源:財(cái)聯(lián)社 發(fā)表于 2023/3/21

財(cái)聯(lián)社上海3月20日訊(編輯 黃君芝)在過去的幾十年里,人們對開發(fā)可穿戴或貼片式電子產(chǎn)品產(chǎn)生了巨大的市場需求。開發(fā)具有多種感官的電子皮膚對于康復(fù)、醫(yī)療保健、假肢、機(jī)器人等各個(gè)領(lǐng)域都是至關(guān)重要的,它們可以用于監(jiān)測佩戴者的環(huán)境或健康狀況等等。


該技術(shù)的關(guān)鍵部件之一是可拉伸的壓力傳感器,它可以檢測各種類型的觸摸和壓力。浦項(xiàng)科技大學(xué)(POSTECH)和韓國蔚山大學(xué)(University of Ulsan)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在這方面取得了重大突破,他們成功地創(chuàng)造出了受鱷魚皮啟發(fā)的可拉伸壓力傳感器。


據(jù)悉,他們從鱷魚皮獨(dú)特的感覺器官中獲得靈感,開發(fā)出了帶有微型穹頂和褶皺表面的壓力傳感器。其結(jié)果是一個(gè)可拉伸的壓力傳感器。研究成果已于近期發(fā)表在了“Small”雜志上。



鱷魚是一種可怕的掠食者,大部分時(shí)間都在水下度過,擁有一種非凡的感知小波浪和探測獵物方向的能力。這種能力是由位于它們皮膚上的一個(gè)非常復(fù)雜和敏感的感覺器官實(shí)現(xiàn)的。


該器官由半球形的凸起結(jié)構(gòu)組成,這些凸起結(jié)構(gòu)重復(fù)排列,之間以褶皺連接。當(dāng)鱷魚移動(dòng)身體時(shí),褶皺展開變形,而感知壓力的凸起結(jié)構(gòu)則不受機(jī)械變形的影響,這使得鱷魚在水下游泳或捕獵時(shí)對外界刺激保持異常的敏感性。



在研究中,通過發(fā)明一種帶有微小褶皺的半球狀彈性聚合物(PDMS)結(jié)構(gòu),其中包括長短不一的納米線,研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種高度可伸縮的壓力傳感器,成功模仿了鱷魚感覺器官的結(jié)構(gòu)和功能。該團(tuán)隊(duì)稱這種新型傳感器的性能優(yōu)于目前可用的其他壓力傳感器。


由于其表面的精細(xì)褶皺結(jié)構(gòu),即使在遭受重大變形時(shí),傳感器也能保持對壓力的高靈敏度。當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí),褶皺結(jié)構(gòu)舒展開,減少了負(fù)責(zé)檢測施加壓力的半球區(qū)域結(jié)構(gòu)的壓力。測試結(jié)果表明,在一個(gè)方向上拉伸到100%或同時(shí)在兩個(gè)不同方向上拉伸到50%時(shí)傳感器仍能以高靈敏度正常工作。


研究團(tuán)隊(duì)稱,這種新型壓力傳感器可適用于各種應(yīng)用的可穿戴設(shè)備。為了評估其性能,他們將傳感器安裝在一只塑料鱷魚身上,并將其浸入水中。有趣的是,安裝的傳感器能夠探測到小水波,成功地復(fù)制了鱷魚感覺器官的感知能力。


研究人員表示,這項(xiàng)研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,這種可變形的壓力傳感器一旦大規(guī)模商業(yè)化,對于可穿戴領(lǐng)域的市場的沖擊將會(huì)是顛覆性的。


“這是即使受到拉伸,也能有效檢測壓力的可穿戴壓力傳感器。它可以用于假肢的壓力傳感器、軟體機(jī)器人的電子皮膚、VR、AR、人機(jī)界面等多種應(yīng)用!彼麄冋f。

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