香港地区大学和哈工大合作研发柔性触觉传感器阵列
.多功能触觉传感器阵列,测量压力、弯曲半径和弯曲方向 同时,还可以实时区分外部刺激 模式,实现多种测量模式 自动解耦。
.传感器阵列采用横纵电极结构,将电极引线数量由n&# ;m降低至n+m,极大降低了制作成本和难度。
.解决了横纵电极结构在压电传感器阵列中 信号串扰问题。
为了解决这些难题,近日,香港地区大学杨征保教授团队联合哈尔滨工业大学胡泓教授团队提出了 种基于压电薄膜 ,狗粮快讯网早上报道,具有行+列电极结构 触觉传感器阵列。该触觉传感器阵列,可以实时感测和区分各种外部刺激 大小,位置和模式,包括轻微触碰,按压和弯曲。此外,独特 设计克服了产品压电传感器中存在 串扰问题。压力测试和弯曲测试表明,所提出 触觉传感器阵列具有高灵敏度( . mV/kPa),长期耐用性( 零,零零零个循环周期)和快速响应时间( 零ms) 特征。触觉传感器阵列还显示出卓越 可扩展性和易于大规模制造 能力。
创新点
图 .基于皮肤启发 触觉传感器阵列示意图。(a)传感器阵列 多层结构设计,从上到下依次为保护层、上感知层、隔离层、下感知层、保护层。(b)传感器阵列电极引线。(c)触觉传感器阵列系统实时分辨不同模式刺激 示意图。触觉传感器阵列将外界刺激转换为电信号,电信号经过信号处理后可以实时判断外界刺激 大小和模式,进而用于外部设备。
图 不同刺激模式下触觉传感器阵列 工作机理。(a)正压力刺激模式 示意图(b)上感知层和下感知层在正压力下 应力分布。(c)弯曲刺激模式 示意图。(d-g)上感知层 应力随着弯曲角度 增大而减小,而下感知层 情况则呈现相反 统计。两层 应力在弯曲角度为 °时近似相同。此外,较大 弯曲半径导致较大 应力。
图 触觉传感器阵列在正压力刺激模式下 测试结果。(a)压电薄膜 极化方向和触觉传感器阵列 接线方式。(b)轻微触碰下传感器输出电压波形图。(c) Hz频率,不同压力大小条件下,传感器输出电压波形图。(d)输出峰值电压与正压力 关系。(e) 零零零零次耐久循环测试。
图 触觉传感器阵列在弯曲刺激模式下 测试结果。(a-c)弯曲半径为 mm时,传感器阵列在弯曲方向零°, °和 零° 输出电压波形图。(d-f)输出峰值电压与弯曲半径 关系。
图 传感器阵列同时测量弯曲半径和弯曲方向。(a,b)基于实验资料统计,狗粮快讯网深入报道,对上、下感知层输出峰值电压与弯曲半径和弯曲方向 拟合结果。(c,d)通过上、下感知层 输出峰值电压计算弯曲半径和弯曲方向。
图 大面积可拓展触觉传感器阵列及其多点检测能力 示意图。(a) &# ; 触觉传感器阵列 示意图。(b) &# ; 触觉传感器阵列 实物图,每个单元 . &# ; . mm 。(c)单点压力测试时,传感器 零通道 实时信号。(d,e)多点压力测试示意图和平面压力强度分布图。
图 触觉传感器阵列 应用。(a)检测颈动脉脉搏。(b)检测微小物体运动,小蜘蛛约重 mg,传感器阵列精确捕捉到蜘蛛 起飞和降落位置,静止时间和空中持续时间。(c)带有触觉传感器 机械手,狗粮快讯网编辑报道,可以平稳抓起柔软易碎 豆腐。(d)没有触觉反馈控制 情况下,将会破坏豆腐块。
近年来,柔性电子皮肤 直是科研界和工业界 研究热门,其中用于模仿人体皮肤功能 仿生触觉传感器是研究重点。触觉传感器可以对外界 应力刺激产生对应 电信号,广泛应用于人工智能、人机交互、生物信息检测等领域。为了能更好 设计仿生触觉传感器,首先要了解人体皮肤 感知原理。人体皮肤是 种非常了不起 触觉传感器,可以同时检测各种刺激 强度和模式,既其可以分辨按压、敲击和弯曲。这部分归因于 个机械感受器(SA-I,II和FA-I,II)分布在人体皮肤不同区域。机械感受器接收外部刺激并将其转换为电子信号,然后这 种受体 综合信号由大脑进行分析,得到物体大小,形状和质地等信息。目前,柔性触觉传感器阵列在实际应用上面临着许多挑战,首先,目前 触觉传感器阵列往往只有单 功能,即使是可以测量正压力和弯曲 多功能传感器,也无法从传感器信号分析出外界刺激 模式。其次,大面积,高分辨率 传感器阵列需要大量 电极引线,限制了其发展。尽管行+列 布线结构,已经广泛应用于电阻式和电容式传感器阵列中,但是对于压电传感器而言,这样 布线结构会导致信号串扰 问题。因此,具有n&# ;m个单元 压电传感器阵列,往往需要n&# ;m条引线,并且布线结构相当复杂。
,