海绵状触觉传感器模拟人类皮肤
2016-04-24 23:11:58   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，韩国汉阳大学电子工程学院的研究人员，在英国皇家化学学会杂志上发表了一篇文章，题为《一种应用石墨烯海绵状导电复合材料的触觉传感器》，介绍了一款能够感知压力和振动的柔性触觉传感器。

该柔性触觉传感器制作成本低廉，制作方法为：将一块聚亚胺酯海绵在石墨烯纳米薄片悬浮液中进行表面浸涂，然后用两片表面沉积薄膜电极的聚奈酯（PEN）保护膜夹覆，形成三明治结构，由此制得该柔性触觉传感器。

上图为扫描电子显微镜成像图，图（a）为未浸涂的聚亚胺酯海绵骨架，图（b）为石墨烯浸涂聚亚胺酯海绵复合材料

当导电石墨烯“海绵”受力压缩时，石墨烯薄片之间的距离缩短，压阻传感器电导率随之渐进变化。该传感器的尺寸为15 x 15 x 15mm，垂直方向压力感测的可靠范围为几个帕斯卡（相当于重量为0.11g的物体放在表面时的压力）到20kPa（和人类皮肤压力感知范围100~100000Pa相近）。该柔性传感器也进行了频率测试，在频率达到50Hz时信噪比超过20dB。尽管“海绵”在弹性形变和复原时存在时滞效应，导致随着频率的增加，传感器信号逐渐减弱，但是在频率达到500Hz的时候，传感器的信噪比也没有低于10dB，这与人类对纹理信息的振动敏感性（最高400Hz）大致相当。

研究人员对传感器探测物体表面粗糙度的实验中，对传感器表面应用了聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）脊状结构（一个80 x 200μm的凸状物作为一个探针），精确的模仿人类皮肤表面的褶皱。

当传感器划过两个间隔200μm的凸状物时，传感器没有混淆这两个压力峰值，能够识别每个凸状物。考虑到凸状物探针的宽度为120μm，研究人员估算该传感器对局部施加压力的空间分辨率为80μm。

表面粗糙度探测：上方蓝色PET长方体（宽度为120μm）的滑动，使之与传感器PET脊状凸起（下方灰色凸状物）产生相互作用力

研究人员表示：该石墨烯海绵状传感器打破了分立式加速度计和压力传感器的内在限制，突破性的将多种传感器集成在一个结构元件中，在机器人和义肢领域具有应用前景。