新型電子傳感器靈敏度似人體皮膚
2012-07-31 21:59:35 本站原創據英國《自然》雜志網站7月29日報道，韓國首爾大學的研究人員從甲蟲的翅膀獲得靈感，研發出一種柔韌的電子傳感器，其能捕捉到一只瓢蟲行走時的輕柔腳步聲，也可以區分剪力和扭力，就像人體皮膚一樣。它還可以綁在手腕上，作為心率監測器使用。29日出版的《自然·材料》雜志對傳感器的設計進行了描述。
研究人員解釋說，當甲蟲休息時，其翅膀上和身體上的兩排毛發會通過一種名為范德華力的靜電吸引力相互鎖定，他們借鑒了甲蟲鞘翅間的這種鎖合結構，利用交織在一起的“毛發”制成了該電子傳感器。
“毛發”實際上是直徑100納米、長1微米、外覆導電金屬涂層的聚合物纖維。將聚合物纖維層像三明治一樣夾在一起，這些納米“毛發”就會互相吸引并彼此鎖定。用聚合物制作的柔軟防護層將其“包裹”住，并用電線連接起來，便可作為傳感器使用。當按壓、揉搓或刷拭傳感器時，“毛發”的位置發生改變，傳感器的電阻也隨之變化。小至5帕斯卡的壓力都可被其探測到，這是比最輕的觸摸還要柔和的力度。
通過分析電阻如何響應機械應力而發生變化，以及力移除時電阻又是如何恢復的，研究人員可以區分三種不同類型的機械應力：來自上方的壓力、沿表面摩擦滑動的剪力和扭轉產生的扭力。人體皮膚能夠區分這些力，但大多數人造傳感器做不到。研究人員表示，其他傳感器只能感測到總作用力，卻無法判斷力的方向。
同樣在研發靈活的應變傳感器的美國斯坦福大學材料科學家鮑哲南（音譯）認為，韓國科學家研制的傳感器利用電子讀數來判斷力的性質的方法還有待改進，但其創意是獨特的。
美國加州Willow Garage機器人技術公司的馬泰·奇奧卡利說，這種微妙的觸覺輸入對于設計可與人互動的機器人來說將非常有用。“皮膚一直是機器人技術研發中被忽視的部分。”他說，因為它帶來了一項挑戰：除了要具備強壯、靈敏、柔韌等特點外，它還需要非常大的表面積。而韓國研究人員表示，通過制作大型模具，他們的傳感器片可以很容易地增大面積，而且成本也很低廉。
電子皮膚也需具備很高的空間分辨率來定位壓力的施加點。研究小組展示了他們的設備的分辨率：利用一個64像素的8厘米×5厘米傳感器網絡，追蹤兩只瓢蟲沿其表面的蜿蜒漫步。他們還記錄了一滴水滴跳躍的路徑，并顯示該傳感器片也可以綁在一個人的手腕上來測量其脈搏。研究人員說，他們正在同一家醫療保健公司探討利用這種材料開發心臟監測器的可行性。
