Nanoenergy and Biosystem Lab
Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, Chinese Academy of Sciences

[Nano Energy] 类指纹摩擦电触觉传感器

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01 研究背景

Background

      触觉传感器是一种能够对外界物理刺激进行响应的设备。随着智能传感技术的发展,具有功能增强和补偿作用的触觉传感器在康复辅具、智能机器人以及人机交互等领域中得到了广泛关注和发展。传统的触觉传感器功能单一,适形性较差,多次弯曲或拉伸后其传感性能会有所下降,使信号测量的准确性降低。此外,传统的触觉传感系统通常依赖于复杂的测试元器件,同时也需要对传感器进行供电,这限制了其伴随人体或智能设备持续工作的可能性,不利于对外界信息的长期监测。因此,研发多功能、低功耗(近零功耗)的柔性触觉传感器是十分有意义的。


02 文章概述

Introduction

      本文设计了一种基于摩擦电效应的类指纹多功能触觉传感器(FTTS)。该传感器由液态金属镓铟合金(EGaIn)与柔性硅胶(Ecoflex)材料构成,可应对225%的拉伸形变,具有较好的适形性和稳定性,震动频率响应可达到500 Hz。FTTS具有两种工作模式:接触分离模式和拉伸模式,可满足不同的应用场景。通过类指纹的多通道设计,将传感器内部分为三个独立的区域,使传感器具备受力位置检测的能力。将FTTS与假肢结合,实现了对接触物体受力位置的检测,也完成了信息交互及脉搏监测等应用。为适形、高灵敏度、低功耗及多功能触觉传感器的实现提供一种方法。该研究成果以“Fingerprint-shaped triboelectric tactile sensor”为题发表在Nano Energy期刊。论文的第一作者为中国科学院北京纳米能源与系统研究所博士研究生曲学铖,中国科学院北京纳米能源与系统研究所李舟研究员,北京航空航天大学刘卓博士和中国科学院理化技术研究所饶伟研究员为本文的共同通讯作者。


原文接:

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107324

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03 图文导读

Research

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图1:FTTS的示意图、制备过程及原理。


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图2:FTTS在(a)信息交互、(b)受力位置检测和(c)脉搏监测中的应用。


04 结论

Coclusion

      在这项工作中,作者利用液态金属的导电性高、流动性强等特点,及TENG选材范围广,工作模式多样等优势,通过类指纹的多通道设计,构建了一种适形性强,功能性多样的柔性触觉传感器。该柔性器件具有双工作模式,可实现对触感位置和微小压力的多场景传感应用。解决了目前单传感器功能单一,功耗高等问题,拓展了单传感器的应用场景。这种触觉传感器在智能假肢、人机交互及医疗电子等领域具有一定的应用潜力。




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