超灵敏传感器增强人体触感，灵感来自蜘蛛
2020-02-29 10:37:10 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该压阻式传感器非常灵敏，可以让佩戴者感受到羽毛的轻拂、花瓣的掉落、滴在手指上的水滴，甚至是一根小得看不见的电线。
外科医生或宇航员戴着集成超灵敏传感器的手套，触摸物体更自然。
人类的触觉具有令人难以置信的高度调节功能，使我们能够轻松地操控物体。
但是，在某些情况下，例如受伤或戴手套时，灵敏度会大打折扣。对于外科医生来说，这更是非常棘手的问题，他们常常抱怨戴着手套就无法按自己的意愿来实施软组织手术。同样，在太空中，宇航员由于其笨拙的宇航服，触觉的灵敏度会变得更糟，因此在国际空间站进行太空行走时的维护工作极具挑战性。
据麦姆斯咨询报道，近日，中国研究人员开发出了一种新型先进触觉传感器，将有望在这两个领域实现应用。
视觉辅助触觉增强系统（visually aided tactile enhancement system，VATES）可用于精确的运动控制
该传感器非常灵敏，可以让佩戴者感受到羽毛的轻拂、花瓣的掉落、滴在手指上的水滴，甚至是一根小得看不见的电线。
中国科学院研究人员最新开发了一种基于狭缝的压阻式传感器，其灵感来自于蜘蛛腿上名为狭缝感器（slit sensillae）的器官。蜘蛛通过腿上与神经细胞相连的一系列平行狭缝，当存在外力时，狭缝发生形变，蜘蛛甚至能够感测到附近最微小的动作。
同样，基于狭缝的新型超薄应变传感器（ultrathin crack-based strain sensor，UCSS）也采用了在多层涂有银的柔性聚合物薄膜上形成的狭缝。银涂层上的狭缝可产生平行的导电通道，从而使传感器对运动具有高度敏感性。
基于狭缝的新型超薄应变传感器制作过程
研究人员进行的试验结果显示，较薄的狭缝层可以使传感器具有更高的灵敏度，而较厚的狭缝层可以实现更大的感测范围。经过多次调整后，研究人员发现由15μm厚的聚合物层和37nm厚的银涂层制成的UCSS具有最佳性能。
通过将UCSS连接到信号采集单元和视觉读出装置，并将其功能集成到视觉辅助触觉增强系统（VATES）中。该系统本质上是可以传递触觉信息的电子皮肤。
用于空间应变分布映射的基于狭缝的超薄应变传感器阵列的设计和应用
当该传感器安装在手套上时（指尖或手背上皆可），人们用指尖滑过各类细腻的表面时，它们都能探测到微小的运动。测试还表明，UCSS足够灵敏，甚至可以探测到诸如微笑、皱眉和眨眼等细微的面部动作。
作者在《应用物理学评论》（Applied Physics Review）上发表的论文中称，他们设想了各种应用，例如可用于绘制风向图的高灵敏度电子晶须、用于心跳和脉搏检测的可穿戴传感器或用于增强触感的假肢传感器等。
“这些结果证明了我们的超薄应变传感器在电子皮肤和人机界面中的应用前景。”论文共同作者中科院北京纳米能源与系统研究所的潘曹峰说道。
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