新型電子傳感器靈敏度似人體皮膚

時(shí)間：2012-08-05 17:51:08    第一對(duì)焦：新型電子傳感器

　　本報(bào)訊 據(jù)英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站7月29日?qǐng)?bào)道，韓國(guó)首爾大學(xué)的研究人員從甲蟲(chóng)的翅膀獲得靈感，研發(fā)出一種柔韌的電子傳感器，其能捕捉到一只瓢蟲(chóng)行走時(shí)的輕柔腳步聲，也可以區(qū)分剪力和扭力，就像人體皮膚一樣。它還可以綁在手腕上，作為心率監(jiān)測(cè)器使用。29日出版的《自然·材料》雜志對(duì)傳感器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述。

　　研究人員解釋說(shuō)，當(dāng)甲蟲(chóng)休息時(shí)，其翅膀上和身體上的兩排毛發(fā)會(huì)通過(guò)一種名為范德華力的靜電吸引力相互鎖定，他們借鑒了甲蟲(chóng)鞘翅間的這種鎖合結(jié)構(gòu)，利用交織在一起的“毛發(fā)”制成了該電子傳感器。

　　“毛發(fā)”實(shí)際上是直徑100納米、長(zhǎng)1微米、外覆導(dǎo)電金屬涂層的聚合物纖維。將聚合物纖維層像三明治一樣夾在一起，這些納米“毛發(fā)”就會(huì)互相吸引并彼此鎖定。用聚合物制作的柔軟防護(hù)層將其“包裹”住，并用電線(xiàn)連接起來(lái)，便可作為傳感器使用。當(dāng)按壓、揉搓或刷拭傳感器時(shí)，“毛發(fā)”的位置發(fā)生改變，傳感器的電阻也隨之變化。小至5帕斯卡的壓力都可被其探測(cè)到，這是比最輕的觸摸還要柔和的力度。

　　通過(guò)分析電阻如何響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力而發(fā)生變化，以及力移除時(shí)電阻又是如何恢復(fù)的，研究人員可以區(qū)分三種不同類(lèi)型的機(jī)械應(yīng)力：來(lái)自上方的壓力、沿表面摩擦滑動(dòng)的剪力和扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭力。人體皮膚能夠區(qū)分這些力，但大多數(shù)人造傳感器做不到。研究人員表示，其他傳感器只能感測(cè)到總作用力，卻無(wú)法判斷力的方向。

　　同樣在研發(fā)靈活的應(yīng)變傳感器的美國(guó)斯坦福大學(xué)材料科學(xué)家鮑哲南（音譯）認(rèn)為，韓國(guó)科學(xué)家研制的傳感器利用電子讀數(shù)來(lái)判斷力的性質(zhì)的方法還有待改進(jìn)，但其創(chuàng)意是獨(dú)特的。

　　美國(guó)加州Willow Garage機(jī)器人技術(shù)公司的馬泰·奇奧卡利說(shuō)，這種微妙的觸覺(jué)輸入對(duì)于設(shè)計(jì)可與人互動(dòng)的機(jī)器人來(lái)說(shuō)將非常有用?！捌つw一直是機(jī)器人技術(shù)研發(fā)中被忽視的部分?！彼f(shuō)，因?yàn)樗鼛?lái)了一項(xiàng)挑戰(zhàn)：除了要具備強(qiáng)壯、靈敏、柔韌等特點(diǎn)外，它還需要非常大的表面積。而韓國(guó)研究人員表示，通過(guò)制作大型模具，他們的傳感器片可以很容易地增大面積，而且成本也很低廉。

　　電子皮膚也需具備很高的空間分辨率來(lái)定位壓力的施加點(diǎn)。研究小組展示了他們的設(shè)備的分辨率：利用一個(gè)64像素的8厘米×5厘米傳感器網(wǎng)絡(luò)，追蹤兩只瓢蟲(chóng)沿其表面的蜿蜒漫步。他們還記錄了一滴水滴跳躍的路徑，并顯示該傳感器片也可以綁在一個(gè)人的手腕上來(lái)測(cè)量其脈搏。研究人員說(shuō)，他們正在同一家醫(yī)療保健公司探討利用這種材料開(kāi)發(fā)心臟監(jiān)測(cè)器的可行性。