新加坡國立大學發明了高靈敏度、低磁滯的柔性電子皮膚傳感器貼片

新加坡國立大學發明了高靈敏度、低磁滯的PDMS基柔性電子皮膚傳感器貼片

【導讀】：

通過使用一種在金屬塗層的彈性體微結構上生成獨特的三維納米尺度裂紋形態的方法，展示了一種由軟材料製成的近磁滯無壓阻傳感器系統。當施加較大的壓縮壓力時，該方法解決了許多使用軟材料的電子傳感器蒙皮所面臨的固有機電滯後的主要挑戰。

由柔性複合材料製成的壓阻傳感器可跟蹤變形，並具有小於3％的滯後性，可以可靠地用作醫療可穿戴設備，用於測量小塊皮膚上的脈搏波速度。還證明了低滯後特性可以實現機器人應用在紡織品表面上的表面紋理的準確可靠的單點觸摸分類。

電子皮膚對於實時健康監控和機器人的觸覺感知至關重要。儘管使用軟質彈性體和微結構改善了觸覺傳感器的靈敏度和壓力感應範圍，但軟質聚合材料的固有粘彈性仍然是導致循環滯後的長期挑戰。這會導致接觸事件之間的傳感器數據變化，從而對準確性和可靠性產生負面影響。

在接觸力學理論的指導下，新加坡國立大學（NUS）健康創新與技術研究所助理教授班傑明·泰（Benjamin Tee）領導的研究小組提出了一種新的傳感器材料，該材料的磁滯明顯更少。此功能可實現更準確的可穿戴健康技術和機器人感應。於2020年9月28日在享有盛名的《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences )上發表了他們的研究結果。

可以將撓性TRACE傳感器貼片放置在皮膚上，以測量淺動脈的血流量。

高靈敏度，低滯後壓力傳感器

當軟材料用作壓縮傳感器時，它們通常會面臨嚴重的磁滯問題。在重複觸摸之間，軟傳感器的材料屬性可能會發生變化，這會影響數據的可靠性。這使得每次獲取準確的讀數都具有挑戰性，限制了傳感器的可能應用。

NUS團隊的突破是發明了一種具有高靈敏度但幾乎沒有滯後性能的材料。他們開發了一種在稱為聚二甲基矽氧烷（PDMS）的柔性材料上將金屬薄膜裂解成所需環形圖案的工藝。

TRACE傳感器貼片可用於機械手的手指上以進行紋理識別。

該團隊將這種金屬/ PDMS膜與用於壓阻傳感器的電極和基板集成在一起，並對其性能進行了表徵。他們進行了反覆的機械測試，並驗證了他們的設計創新提高了傳感器性能。他們的發明稱為抗觸覺環狀裂紋電子皮膚（TRACE），是傳統軟材料的五倍。

"憑藉我們獨特的設計，我們能夠顯著提高準確性和可靠性。TRACE傳感器可潛在地用於機器人技術中以感知表面紋理或可穿戴式健康技術設備，例如用於測量淺表動脈的血流以進行健康監測"，同時也是國大材料科學與工程系的Tee助理教授說。

下一步

NUS團隊的下一步是進一步提高其材料在不同可穿戴應用中的適應性，並基於傳感器開發人工智慧（AI）應用。

"我們的長期目標是通過放置在人體皮膚上的微小智能貼片的形式來預測心血管健康。這種TRACE傳感器向著這一現實邁進了一步，因為它可以捕獲的脈搏速度數據更加準確，並且還可以配備機器學習算法，以更準確地預測表面紋理。"

NUS團隊旨在開發的其他應用包括在假肢中的使用，在假肢中，可靠的皮膚界面可實現更智能的反應。