超薄压力传感器:不影响皮肤敏感性,可记录人的动作和触觉

研究人员开发了一种超薄的压力传感器,它可以直接附着在皮肤上,测量手指如何与物体互动,从而为医疗和技术应用提供有用的数据。该传感器对用户的灵敏度和抓取物体的能力影响最小,而且它能抵抗摩擦造成的破坏。该团队还希望他们的传感器可以用于对手工工人的技能进行数字化归档的新任务。


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聚氨基甲酸乙酯合金传感器可以抵抗剪切力和摩擦。


研究人员希望记录与手和手指相关的动作和其他物理细节有很多原因。我们的手是我们直接与材料和我们的直接环境交互和操作的主要工具。通过记录手执行各种任务的方式,它可以帮助运动、医学以及神经工程等领域的研究人员。但是获取这些数据并不容易。


东京大学Someya小组的讲师Sunghoon Lee说:“我们的指尖非常敏感,事实上,一个只有百万分之一米厚的超薄塑料箔就足以影响一个人的感觉。所以你的手指可穿戴传感器必须非常薄。但这显然使它非常脆弱,容易受到摩擦或反复的物理动作的损害。为了克服这个问题,我们发明了一种特殊的功能材料,这种薄而多孔的材料叫做纳米网格传感器。”


Lee和他的团队为他们的传感器制作了两种层。这两层都是通过一种叫做静电纺丝的过程制成的,就像一只蜘蛛在织网一样。一种是绝缘的聚氨酯网,纤维大约200到400纳米厚,大约是人类头发厚度的500分之一。第二层是一个类似于模板的线网,它构成了传感器的功能电子元件。它是由黄金制成,使用聚乙烯醇作为支撑框架,聚乙烯醇通常存在于隐形眼镜中。多层结合形成一个功能压力和运动传感器。


Lee说:“我们在18名测试对象的帮助下对传感器进行了一套严格的测试。他们证实,与没有安装传感器的相同任务相比,传感器是不易察觉的,并且既不会影响通过摩擦抓握物体的能力,也不会影响感知的灵敏度。这正是我们所希望的结果。”


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该传感器比人的头发薄得多,不影响灵敏度。


这是世界上首次成功演示了一种不影响皮肤敏感性的指尖传感器。即使以100千帕的力(大致相当于大气压力)摩擦表面300次,传感器仍能保持其作为压力传感器的性能。该团队希望看到的一种新应用是将工匠的精细工艺甚至是高技能外科医生的工作进行数字化归档。如果这些过程能被记录下来,就有可能训练机器以前所未有的精确度来执行任务。

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