新型电子传感器灵敏度似人体皮肤
2012-07-31 11:07:04   来源：新华网   评论：0 点击：

　　韩国首尔大学的研究人员从甲虫的翅膀获得灵感，研发出一种柔韧的电子传感器，其能捕捉到一只瓢虫行走时的轻柔脚步声，也可以区分剪力和扭力，就像人体皮肤一样。它还可以绑在手腕上，作为心率监测器使用。29日出版的《自然·材料》杂志对传感器的设计进行了描述。
　　
　　研究人员解释说，当甲虫休息时，其翅膀上和身体上的两排毛发会通过一种名为范德华力的静电吸引力相互锁定，他们借鉴了甲虫鞘翅间的这种锁合结构，利用交织在一起的“毛发”制成了该电子传感器。
　　
　　“毛发”实际上是直径100纳米、长1微米、外覆导电金属涂层的聚合物纤维。将聚合物纤维层像三明治一样夹在一起，这些纳米“毛发”就会互相吸引并彼此锁定。用聚合物制作的柔软防护层将其“包裹”住，并用电线连接起来，便可作为传感器使用。当按压、揉搓或刷拭传感器时，“毛发”的位置发生改变，传感器的电阻也随之变化。小至5帕斯卡的压力都可被其探测到，这是比最轻的触摸还要柔和的力度。
　　
　　通过分析电阻如何响应机械应力而发生变化，以及力移除时电阻又是如何恢复的，研究人员可以区分三种不同类型的机械应力：来自上方的压力、沿表面摩擦滑动的剪力和扭转产生的扭力。人体皮肤能够区分这些力，但大多数人造传感器做不到。研究人员表示，其他传感器只能感测到总作用力，却无法判断力的方向。
　　
　　同样在研发灵活的应变传感器的美国斯坦福大学材料科学家鲍哲南（音译）认为，韩国科学家研制的传感器利用电子读数来判断力的性质的方法还有待改进，但其创意是独特的。
　　
　　美国加州WillowGarage机器人技术公司的马泰·奇奥卡利说，这种微妙的触觉输入对于设计可与人互动的机器人来说将非常有用。“皮肤一直是机器人技术研发中被忽视的部分。”他说，因为它带来了一项挑战：除了要具备强壮、灵敏、柔韧等特点外，它还需要非常大的表面积。而韩国研究人员表示，通过制作大型模具，他们的传感器片可以很容易地增大面积，而且成本也很低廉。
　　
　　电子皮肤也需具备很高的空间分辨率来定位压力的施加点。研究小组展示了他们的设备的分辨率：利用一个64像素的8厘米×5厘米传感器网络，追踪两只瓢虫沿其表面的蜿蜒漫步。他们还记录了一滴水滴跳跃的路径，并显示该传感器片也可以绑在一个人的手腕上来测量其脉搏。研究人员说，他们正在同一家医疗保健公司探讨利用这种材料开发心脏监测器的可行性。