陣列示意圖。這種有機(jī)硅基材由兩種具有不同硬度值的硅膠類型制成。較硬的硅膠PDMS在壓力部分可以控制壓力傳感元件在拉伸過程中的變形。來源：橫濱國立大學(xué)太田弘樹

彈性可能會伸展得太遠(yuǎn)，這可能會給可穿戴傳感器帶來問題。橫濱國立大學(xué)的一組研究人員提出了一種修復(fù)方法，以防止過度拉伸，同時拉高電子設(shè)備的傳感能力。這可能會導(dǎo)致先進(jìn)的假肢或?yàn)?zāi)難恢復(fù)機(jī)器人。

他們于29月<>日在《科學(xué)報告》上發(fā)表了研究結(jié)果。

“可拉伸的物理傳感器對于先進(jìn)電氣系統(tǒng)的發(fā)展至關(guān)重要，特別是可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人，”橫濱國立大學(xué)工程學(xué)院的論文作者兼副教授Hiroki Ota說。“然而，由彈性材料組成的電流可拉伸壓力傳感器在設(shè)備應(yīng)變期間可能會高度變形。

肘部或膝蓋的彎曲會使傳感器超過其結(jié)構(gòu)完整性，從而在壓力運(yùn)動測量中產(chǎn)生較大的誤差。這使傳感器無法同時測量壓力和應(yīng)變，而是作為自變量。

為了解決這個問題，研究人員提出了一個整體的壓力和應(yīng)變傳感器陣列，可以同時獨(dú)立地檢測運(yùn)動的力和彎曲變形。他們使用兩種不同的材料 - 一種軟質(zhì)和一種硬質(zhì) - 來確保傳感器的拉伸能力，并仍然準(zhǔn)確測量運(yùn)動。他們將一種稱為PDMS的硬硅膠沿著陣列上的電極放置。在每個PDMS放置的中心，他們放置了柔軟的多孔硅膠，可以感應(yīng)壓力。

“壓力傳感元件周圍的PDMS可防止在開發(fā)的設(shè)備張力期間元件發(fā)生大變形，”O(jiān)ta說。

柔軟多孔的硅膠壓力傳感器包含在PDMS的硬殼內(nèi)，因此它可以測量壓力，而不會過度超出可靠的誤差范圍。安全殼還允許傳感器識別和測量壓力和應(yīng)變，作為運(yùn)動的獨(dú)立貢獻(xiàn)者。

“此外，映射陣列矩陣中柱電極和行電極的電阻遠(yuǎn)低于壓力傳感器的電阻，”太田說。

“這種基板和電極電阻的控制可以防止設(shè)備的拉伸變形影響壓力的傳感。

可拉伸陣列中的電極可以以遠(yuǎn)低于檢測壓力所需的速率測量應(yīng)變。

“我們可以獨(dú)立地識別設(shè)備的壓力和應(yīng)變傳感，”太田說。

Ota表示，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將新的可拉伸傳感器方法應(yīng)用于可以安裝在身體表面的物理鍵盤，該鍵盤可以隨著身體的壓力而彎曲，并且仍然可以檢測指尖壓力，以及軟機(jī)器人上的物理傳感器。他們還希望使用傳感器來更好地了解人手的運(yùn)動和觸摸。

“將來，通過將這種傳感器塑造成手套形狀，它可以應(yīng)用于電子分析手指運(yùn)動和手觸覺的設(shè)備，”太田說。