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壓力傳感器已經(jīng)是一種非常成熟的產(chǎn)品，被應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。但是，目前市面上的壓力傳感器都有一個(gè)缺陷：拉伸性不夠好。
壓力傳感器的應(yīng)用
為什么壓力傳感器需要具備可拉伸性呢？因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用領(lǐng)域，特別是在仿真機(jī)器人市場，需要大量適用柔性材料，這對(duì)傳感器的可拉伸性提出了更高的要求。
最近，美國芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院的華裔研究小組終于在可拉伸壓力傳感器的研發(fā)上取得重大進(jìn)展。該研究小組研發(fā)的新款傳感器，在拉伸50%的情況下，仍能保持同樣的傳感性能。同時(shí)，該款壓力傳感器的靈敏度非常高，一張小紙片的壓力都能被瞬間檢測到，并立刻做出反應(yīng)。
據(jù)悉，該研究小組的三個(gè)成員都是華裔，小組負(fù)責(zé)人為芝加哥大學(xué)助理教授王思泓，另外兩位成員為博士生蘇琦（音譯）和李陽（音譯）。目前，該壓力傳感器已經(jīng)被安裝在柔性機(jī)械手上，通過收集脈搏跳動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)壓力，可以從人類手腕上讀取脈沖波形。
王思泓（中）和蘇琦（左）、李陽（右）
對(duì)于這款可拉伸壓力傳感器的意義，王思泓表示，這是全球首款在拉伸狀態(tài)下，仍能保持非常高的靈敏度和非常快速的響應(yīng)度的傳感器，無論是在智能機(jī)器人還是在醫(yī)療保健領(lǐng)域，都是具有非常大的應(yīng)用前景的。
可拉伸壓力傳感器研發(fā)的難點(diǎn)在于，拉伸會(huì)導(dǎo)致壓力傳感器發(fā)生橫向應(yīng)變，橫向應(yīng)變的信號(hào)也能被傳感進(jìn)系統(tǒng)，這會(huì)對(duì)壓力信號(hào)產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致壓力傳感的性能下降。
針對(duì)這一難題，蘇琦專門開發(fā)出了一款雙層微結(jié)構(gòu)電極壓力傳感器。雙層結(jié)構(gòu)的內(nèi)層采用微錐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；外層是由彈性體和彈性納米顆粒構(gòu)成，均具有導(dǎo)電性。工作原理是，當(dāng)傳感器受到壓力，會(huì)輕微壓縮微錐體，使微錐體與電極形成連接，從而通過電信號(hào)的形式來傳輸壓力信號(hào)。
可拉伸壓力傳感器應(yīng)用于電子皮膚和柔性機(jī)器人
這個(gè)設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)之處就在于外層彈性體和彈性納米顆粒，為壓力傳感器帶來了可拉伸性。不過，在拉伸的過程中，內(nèi)層的微錐體也會(huì)被拉伸。因此，研究小組專門對(duì)微錐體的底部加強(qiáng)了強(qiáng)度，使之在承受一定拉力的情況下，仍能正常工作。根據(jù)人體的拉伸極限50%來拉伸傳感器時(shí)，它仍具有非常高的靈敏性，并且耐用性也得到了驗(yàn)證：在經(jīng)過500次來神測試之后，其傳感性能依然非常優(yōu)秀。
可拉伸壓力傳感器的應(yīng)用前景非常廣闊。安裝可拉伸壓力傳感器的柔性機(jī)械手臂，可以充當(dāng)醫(yī)生的手指和診斷器械，可以對(duì)患者進(jìn)行相關(guān)健康數(shù)據(jù)的采集。依靠非常優(yōu)秀的靈敏度和響應(yīng)性，醫(yī)生可以通過柔性機(jī)械手臂進(jìn)行物理按摩理療。
該款可拉伸壓力傳感器更具前景的應(yīng)用場景，還是在智能機(jī)器人和假肢皮膚，這將會(huì)使智能機(jī)器人的仿真度取得重大突破。
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