東京大學利用電紡絲工藝研發超薄壓力傳感器

2020-12-06 RFID世界網

研究人員開發了一種超薄壓力傳感器，可以直接連接到皮膚。它可以測量手指與對象的交互方式，從而為醫學和技術應用生成有用的數據。該傳感器對使用者的靈敏度和握持物體的能力影響最小，並且耐摩擦乾擾。該小組還希望他們的傳感器可以用於數位化存檔工藝工人技能的新穎任務。

研究人員希望記錄與手和手指相關的運動和其他物理細節的原因有很多。我們的雙手是我們與物料和我們的直接環境進行直接交互和操縱的主要工具。通過記錄手執行各種任務的方式，它可以幫助運動和醫學等領域的研究人員以及神經工程學等等。但是捕獲這些數據並不容易。

東京大學Someya Group的講師Sunghoon Lee說：「我們的指尖非常敏感，實際上如此敏感，以至於只有幾分之一米厚的超薄塑料箔足以影響某人的感覺。」 「因此，用於手指的可穿戴傳感器必須非常薄。但這顯然使其非常脆弱，並且容易因摩擦或反覆的物理動作而損壞。為了克服這一問題，我們創建了一種特殊的功能材料，它既薄又多孔，稱為納米網格傳感器。」



Lee和他的團隊為傳感器製造了兩種層。這兩層都是通過稱為電紡絲的過程製成的，該過程類似於蜘蛛網的蜘蛛網。一種是聚氨酯絕緣網，纖維的厚度約為200納米至400納米，約為人發厚度的五十分之一。第二層是形成模板的線狀網絡，形成傳感器的功能電子組件。它是由金製成的，並使用聚乙烯醇的支撐架，該支撐架通常在隱形眼鏡中發現，製造後將其洗去，只留下其支撐的金痕跡。多層結合形成一個功能壓力和運動傳感器。

「我們在18個測試對象的幫助下，對傳感器進行了一系列嚴格的測試，」 Lee說。「他們證實，與沒有安裝傳感器的相同任務相比，傳感器是不易察覺的，並且既不會影響通過摩擦抓握物體的能力，也不會影響感知的靈敏度。這正是我們所希望的結果。」

這是世界上首次成功展示了對皮膚敏感度沒有影響的指尖安裝傳感器。而且，即使在用100千帕斯卡(大致相當於大氣壓)的力摩擦表面後，該傳感器也能保持其作為壓力傳感器的性能300倍而不會破裂。團隊希望看到的一種新穎的應用是對工匠甚至是高技能的外科醫生的工作進行數字存檔。如果可以記錄這些過程，則可以訓練機器如何以比以往更大的保真度執行任務。

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