納米能源：仿生多功能雙模式壓力傳感器作為電子皮膚

2020-09-14 柔性電子材料與器件

通過電子設備模仿人體皮膚中的體感系統在智慧機器人技術和可穿戴電子產品中具有廣泛的應用。本文報告一種新型的仿生柔性雙模壓力傳感器，該傳感器基於具有微金字塔結構的互鎖壓電膜和壓阻膜。由於在前壓電膜的厚度方向上引起較大的汙點變化，並在後壓阻膜中增加了接觸面積，因此大大提高了傳感器的靈敏度。壓電和壓阻響應刺激的協同效應還使雙模傳感器能夠檢測到較寬的壓力和頻率範圍。這些信號的分析可以使複雜刺激加載過程的多個方面解卷積，包括它們的加載方向，速率，幅度和持續時間。作為概念驗證的演示，雙模式壓力傳感器已成功與機械手和人體集成在一起，分別解碼了複雜而微妙的拾取過程和人體運動。與其他傳感方式結合使用時，多功能雙模式壓力傳感器可在智能軟機器人和人機界面中提供新的應用機會。


浙江工業大學Huaping Wu、浙江科技大學Aiping Liu和賓夕法尼亞州立大學Huanyu Cheng教授課題組在國際期刊Nano Energy上發表題為「Bioinspired, multifunctional dual-mode pressure sensors as electronic skin for decoding complex loading processes and human motions」的研究論文。



創新點：

1. 仿生雙模式壓力傳感器是基於微金字塔結構的壓電和壓阻互鎖膜的。

2. 協同效應使雙模傳感器在較寬的壓力和頻率範圍內顯示出高靈敏度。

3. 雙模傳感器可對複雜加載過程的各個方面進行解卷積（例如加載速率，幅度和方向）。

4. 雙模式傳感器在人機互動界面上的應用證明了其控制機械手的能力。


圖1.受人體皮膚啟發的多功能雙模式壓力傳感器。（圖片來源：Nano Energy）


圖2.微觀結構對壓電和壓阻傳感性能影響的理論和數值分析。（圖片來源：Nano Energy）


圖3.雙模式傳感器的壓力和頻率感應演示。（圖片來源：Nano Energy）


圖4.雙模傳感器在複雜的壓力加載或彎曲過程的各個方面（例如加載方向，速率和大小）進行反卷積的應用。（圖片來源：Nano Energy）


圖5.雙模傳感器作為未來智慧機器人和人機界面的智能操縱器或人體運動解碼器的應用。（圖片來源：Nano Energy）


文獻連結：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105337

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