柔性棉织物压力传感器的制备及性能研究

为了探究柔性传感器在使用时的灵敏度和可靠性,选用液态金属镓铟合金作为导电敏感材料,利用丝网印刷工艺在棉织物上印刷液态金属叉指电极,并将其作为底电极;采用超声法制作液态金属锦纶电极,并将其作为压阻层。将压阻层与底电极上下组装成压阻式柔性棉织物压力传感器,并测试其相关性能。结果表明:当施加不同的外力时,柔性压力传感器的电阻随着外力的增加而线性减小;在0 kPa~2 kPa的压力测试范围内,传感器的灵敏度可达到0.397 kPa^(-1);传感器的加载响应时间为0.135 s,卸载响应时间为0.140 s,对外力的变化具有较好的响应性能和稳定性;制备的柔性棉织物压力传感器在人体手腕弯曲检测中,电阻变化率的循环曲线保持一致,传感器在相同角度的反复弯曲运动中提供了稳定的输出。

柔性仿生手指关节的触觉力/角度感知

柔性仿生机器人的感知功能实现需要传感器可集成且具备一定的柔性,否则由于顺应性不足很难得到良好应用效果。在本文中,作者将柔性仿生手指作为应用载体,探索一种基于液态导电金属的柔性触觉力/应变感知纤维,可完全贴合载体,同时实现手指指尖触觉力和关节角度两个物理量测量。具体来说,本文将液态导电金属注入到一定长度的预制硅胶软管替代常规的微流腔道制作,进而形成管状且可任意变形和布局的柔性传感纤维,实现检测不同的变形物理量(本文中利用其力和应变感知性能),该方法在保证器件柔性和功能性的前提下也极大地降低微流腔道工艺的复杂性与繁琐性。最后,测量实验结果表明,基于液态导电金属的柔性传感纤维可嵌入并完全贴合柔性手指结构,并实现对手指的指尖触觉力感知(约1600 kPa)和关节角度变化(约60°)同时感知及某一特定力/角度下的准确跟踪,展示了其作为柔性感知单元,可应用在更多类型的柔性或软体类应用载体的巨大潜力。