哈佛大學創造全新「智能織物」應變傳感器，兼具強度和靈敏度

2020-11-13 cnBeta

為了監測穿戴者的動作，智能織物通常會加入應變測量傳感器。而這樣的傳感器往往是不切實際的脆弱，但哈佛大學的科學家們卻創造了一種新的傳感器，它真的可以承受得住。原型設備的核心是一個導電碳纖維陣列，夾在兩片預應力的彈性聚合物之間。單根纖維以一種稱為蛇形蜿蜒的模式排列。這意味著，就像蛇的身體起伏一樣，它們會左右來回擺動。

因此，碳纖維陣列有點像一個扁平的Slinky，當從兩端拉開時，它就會被拉開。然而，隨著纖維被拉開的距離越遠，傳感器的導電性也會相應降低。因此，通過持續監測通過設備的電流，就可以確定它的應變程度。

更重要的是，該傳感器非常敏感，即使是織物的微小運動也會產生讀數。據研究人員介紹，這類設備通常會有一個折衷，即它們的脆弱性會隨著靈敏度的提高而增加。然而，據報導，這種高靈敏度的應變傳感器可以在被錘子擊中、被汽車碾壓、被手術刀刺傷以及經歷10次洗衣機循環的情況下倖存下來。

此外，與其他提供類似靈敏度的傳感器不同，哈佛的這個傳感器並沒有加入昂貴的材料，也不需要專門的生產設備。

在實驗室測試中，該裝置被納入志願者佩戴的織物套筒中。通過檢測與該人前臂肌肉彎曲相關的應變變化，該技術能夠識別包括握拳、張掌和捏手動作在內的手勢。

最近，一篇由Oluwaseun Araromi領導的研究論文發表在《自然》雜誌上。

相關焦點

  • 重慶大學:人體運動檢測的環保型多功能石墨烯真絲織物應變傳感器
    本文中，製造了石墨烯改性的絲織物應變傳感器，並報導了其令人滿意的性能，包括高靈敏度和對人體的舒適貼合性。氧化石墨烯通過真空過濾塗覆在絲織物上，並通過熱壓法進行還原，與化學還原相比，所獲得的絲織物應變傳感器具有良好的壓阻性並且對環境更加友好。同時，與其他應變傳感器相比，絲織物應變傳感器表現出線性且高電阻隨應變增加的變化率。此外，織物傳感器還具有其他出色的性能，包括循環穩定性，防紫外線，和疏水性。
  • Nature發「最強」智能T恤，被車撞也毫髮無傷
    但這種「固定」的形式也註定傳感器嵌入柔性材料的方式、傳感器的功能等都會受到限制，但現有柔性傳感器卻難以在靈敏度和可多次摺疊的耐用性之間達到平衡。SEAS和Wyss的研究助理，該論文的第一作者Oluwaseun Araromi說：「當前的柔性張力傳感器確實很靈敏，但也很脆弱。問題在於靈敏度和耐用性的矛盾，高靈敏度傳感器通常很脆弱，但耐用傳感器靈敏度又不夠。
  • 用於運動檢測的高度可拉伸且自修復的應變傳感器
    在過去的幾年中，這些傳感器已用於創建各種可以檢測周圍環境運動的設備，包括機器人，健康監測設備和智能人機界面。復旦大學，同濟大學和中國科學院的研究人員最近開發了一種新型應變傳感器，該傳感器高度可拉伸，高效且對環境中與運動相關的變化敏感。
  • 壓阻碳納米管嵌入式納米纖維傳感紗，用於可穿戴紡織品傳感器
    ，可方便地織成不同功能的可穿戴織物，應用於可穿戴電子產品和智能紡織品。該傳感器具有較大的接觸面積、多個接觸部位和較大的變形空間，可用於多種機械刺激的多模傳感，具有較高的靈敏度和較寬的傳感範圍。基於織物的傳感器可以適應地附著在複雜的表面上，也可以集成到織物中，顯示出對動態人體運動的連續瞬態檢測和區分能力。此外，成功地集成了一個紡織品傳感平臺，用於壓力和應變分布的空間映射，使其成為電子紡織品和可穿戴設備的一個很有前途的候選平臺。
  • 中原工學院:碳納米管嵌入式納米纖維傳感紗,可穿戴紡織品傳感器
    通過使用簡便的靜電紡絲技術將壓阻彈性納米纖維包裹在可拉伸的纖維狀芯電極上而獲得的智能納米纖維感測紗線。這種織物傳感器具有精細的層次結構，從一維宏觀紗線到亞微米彈性納米纖維和內部納米碳管滲流網絡。該傳感器具有較大的接觸面積、多個接觸部位和較大的變形空間，可用於多種機械刺激的多模傳感，具有較高的靈敏度和較寬的傳感範圍。
  • 中原工學院：碳納米管嵌入式納米纖維傳感紗，可穿戴紡織品傳感器
    這提供了一個相對較大的接觸面積和足夠的彈性，導致多個接觸點和更大的變形空間，多模式傳感各種機械刺激，提高了靈敏度和廣泛的傳感範圍。該傳感器具有較大的接觸面積、多個接觸部位和較大的變形空間，可用於多種機械刺激的多模傳感，具有較高的靈敏度和較寬的傳感範圍。基於織物的傳感器可以適應地附著在複雜的表面上，也可以集成到織物中，顯示出對動態人體運動的連續瞬態檢測和區分能力。此外，成功地集成了一個紡織品傳感平臺，用於壓力和應變分布的空間映射，使其成為電子紡織品和可穿戴設備的一個很有前途的候選平臺。
  • 未來智能穿戴:把計算機「織」進纖維裡 顛覆傳統織物概念
    11月中旬，刊發於《自然》雜誌官網的一篇文章顯示，哈佛大學的研究人員開發出了一種超靈敏、彈性極強、可嵌入到紡織品和柔性機器人系統中的應變傳感器，由其組裝的智能織物可在大部分情況下保持原狀。舉例來說，由這種智能織物製成的衣物，不僅可以讓人們把計算機「穿」在身上，而且在無數次清洗、拉扯後依舊能夠正常使用。
  • 智能織物傳感器可幫助運動員和理療患者減少傷害並加速康復
    智能織物傳感器可幫助運動員和理療患者減少傷害並加速康復關鍵詞：智能織物，傳感器，可穿戴，理療康復監控達特茅斯學院（Dartmouth College）的一組研究人員開發了一種低成本的運動感應織物，運動員和理療患者可以將其戴在手臂上，以優化性能，減少傷害並加速康復。
  • 智能織物：基於導電織物的防水壓阻式柔性壓力傳感器
    開發出高性能的柔性傳感器對於物聯網（IoT）基礎架構的各種應用具有重要意義。對於傳統的柔性壓阻傳感器，大多數工作都集中在改善傳感材料以增強接觸電阻的變化，從而提高靈敏度和工作範圍。但是，要同時獲得在高的壓力區域（> 100 kPa）內具有線性工作範圍並保持可靠靈敏度的柔性傳感器仍然具有挑戰性。
  • 普利司通開發智能應變傳感器 估算軸荷和輪胎磨損
    蓋世汽車訊 據外媒報導，輪胎巨頭普利司通（Bridgestone）發布一項新的技術，即在輪胎中內置其新的傳感器Smart Strain Sensor（智能應變傳感器），測量輪胎在行駛過程中與路面接觸時的應變變化，從而估算軸荷和輪胎磨損情況。
  • 應變式壓力傳感器 分類及工作原理介紹
    應變管式壓力傳感器的結構簡單、製造方便、適用性強，在火箭彈、炮彈和火炮的動態壓力測量方面有廣泛應用。2、膜片式它的彈性敏感元件為周邊固定圓形金屬平膜片。膜片受壓力變形時，中心處徑向應變和切向應變均達到正的最大值，而邊緣處徑向應變達到負的最大值，切向應變為零。因此常把兩個應變片分別貼在正負最大應變處，並接成相鄰橋臂的半橋電路以獲得較大靈敏度和溫度補償作用。
  • 新加坡國立大學歐陽建勇教授課題組：可粘附的可穿戴應變傳感器
    新加坡國立大學歐陽建勇教授課題組：可粘附的可穿戴應變傳感器近年來，柔性可穿戴應變傳感器在健康醫療監測、人體運動監控以及人機互動等領域得到了巨大的關注。雖然在文獻中報導的柔性應變傳感器一般可拉伸從而能監測人體的運動，但它們與皮膚的接觸會受到人體運動的影響而並不能總是與皮膚形成良好的共形接觸，因此會產生較為嚴重的噪音。
  • 傳感器熱點:新型超薄傳感器,讓智能隱形眼鏡走向現實
    傳感新品 【新型超薄傳感器，讓智能隱形眼鏡走向現實】 研究人員使用新的製造工藝開發了多功能超薄傳感器，這為智能隱形眼鏡的生產鋪平道路。該傳感器由薩裡大學、哈佛大學、中國科學技術大學等高校的研究團隊共同開發。
  • JMCA：納米複合導電水凝膠基柔性應力應變傳感器研究進展
    與彈性體相比，水凝膠由於其仿生結構、匹配的機械性能和出色的生物相容性而在柔性電子產品中顯示出更大的潛力。在所有材料設計中，基於納米複合水凝膠的應變和壓力傳感器具有優異的機械強度、高電導率和出色的靈敏度，可以將外部刺激傳遞給電信號，因此受到了廣泛的研究。
  • 耶魯大學研究人員創造出突破性的機器人織物
    耶魯大學工程與應用科學學院的研究人員宣布，在他們所謂的機器人織物方面取得了突破。這一突破可能會帶來一些創新，比如自適應服裝、自動部署的庇護所或輕量級形狀變化的機械。Rebecca Kramer-Bottiglio教授實驗室的研究人員創造了一種機器人織物，其特點是具有致動能力、靈活性、透氣性、小的存儲足跡和輕量級。研究人員設計的作品可以從一塊平面織物變成一個站立的承重結構。該團隊還展示了一個可穿戴的機器人止血帶，以及一個可以收起可部署織物翅膀的小飛機。研究人員專注於將功能性材料加工成纖維形態，使其能夠集成到織物中，同時保留其優勢性能。
  • 驅動應變橋傳感器的信號調理IC
    也有用鈹青銅、鑄鐵和鈦。但大多數合金能製造大量低成本、溫度適合的應變片。最通用的是350W康銅應變片。　　高可靠性、容易製造的厚膜和薄膜傳感器對汽車應用有較大的吸引力，這種傳感器是在表面澱積絕緣材料的陶瓷或金屬襯底上製造。用蒸發澱積工藝把傳感器材料澱積在絕緣層的頂層。用雷射汽化或光掩模和化學蝕刻工藝，把感測傳感器和互連線值入金屬中。有時增加一個保護絕緣層來保護傳感器和互連線。
  • 哈佛大學最新Nature：戴個袖套即可實現人機互動
    目前許多報導的軟應變傳感器機制都集中於實現較大的應變（例如，> 100％），而在小應變（例如，<5％）、高靈敏度方面的研究卻相對較少。在後一種情況下工作的應變傳感器通常稱為應變儀。為了使軟機系統能夠智能地響應其周圍環境，需要順應人類感官的反饋機制。應變儀的軟替代品——在低應變下具有高解析度（小於5％），可以解鎖軟系統中更多新功能。然而，當前可用的感測系統通常只具有高應變敏感性或高機械彈性，不能同時兼具。彈性和順應性超靈敏傳感機制的稀缺使其操作僅限於實驗室環境，大大限制了它們的廣泛應用。
  • 哈佛大學最新Nature：戴個袖套即可實現人機互動？
    目前許多報導的軟應變傳感器機制都集中於實現較大的應變（例如，> 100％），而在小應變（例如，<5％）、高靈敏度方面的研究卻相對較少。在後一種情況下工作的應變傳感器通常稱為應變儀。傳統的應變儀通常由沉積在幾乎不可拉伸的聚合物基材上的細金屬跡線組成，在傳統的（即剛性）工程系統中無處不在，並且用於獲取系統中應變或應力的高解析度數據。
  • 西安理工大學《CEJ》：高靈敏度包裝柔性電子傳感器二維納米材料
    基於二維導電材料的柔性電子傳感器在智能包裝中具備巨大的潛在應用價值。柔性電子傳感器可以對包裝品在運輸、生產過程中的微弱振動進行即時響應，從而反映出包裝品內外環境的微弱變化。在各種二維導電材料中，由導電聚合物（聚吡咯，聚苯胺和聚噻吩等）和金屬納米材料（金，銀，銅等）構成的複合材料被廣泛的用於製備柔性電子傳感器。
  • 哈佛大學開發用於智能3D列印織物的形狀記憶材料
    研究人員在美國哈佛大學的工程與應用科學的約翰·保爾森A.學院（SEAS）的創建了一個新的材料，可以3D列印角質成複雜的形狀，並用可逆的形狀記憶預編程。這項新開發的產品在生物工程和智能紡織品中具有潛在的應用前景，非常適合對具有拉伸強度和複雜幾何變換的強硬水觸發形狀記憶設備進行工程設計。