基于双电层电容的柔性触觉传感器机理研究

触觉信息是机器人感知工作环境的重要途径之一,也是人机协作中保证安全性和舒适性的关键因素。然而,相对于视觉、听觉、嗅觉传感器的发展,机器人触觉传感器的应用和产业化仍相对滞后。提出了一种基于双电层电容原理的机器人柔性触觉传感器,该压力传感器具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、高柔性、高信噪比、制备和使用成本较低等优点。传感器由上下两层电极以及中间离子凝胶的纤维层组成,当外界压力作用在传感器上时,离子纤维层压缩,电极与离子纤维层接触面积增大,导致传感器电容变大。实验数据表明,压力和电容有着良好的线性关系,且传感器灵敏度高,可达到3.97 nF/kPa,压力测量范围广,可达到500 kPa,最大迟滞性误差为5.97%,且动态响应可以较好跟随外部压力刺激。此柔性触觉传感器可广泛应用于机器人传感、人机交互、可穿戴设备等场合,具有广泛的学术研究意义和产业推广价值。

使用牺牲层优化PDMS微流控芯片打孔工艺

聚二甲基硅氧烷(PDMS)在微流控芯片技术中有非常广泛的应用,PDMS弹性体打孔是芯片加工中重要的工作环节,打孔质量直接影响到样品的导入导出和产物收集等,而孔的质量受到芯片厚度和打孔器规格等因素的影响。一个标准的孔应当满足以下几个要素:尺寸可控;圆度好;无裂孔。研究发现:通过在打孔目标位置的上方或下方放置牺牲层,可使孔质量有所改善。本文对影响PDMS打孔质量的4个关键因素进行了系统性研究,通过正交实验获得了一系列PDMS孔图片,进而利用MATLAB程序对孔的图像进行后处理,分析了牺牲层对孔质量的影响,确定了最优打孔工艺参数。结果表明,打孔时紧贴芯片的上下表面放置厚度2mm的软材质作为牺牲层可有效提高孔的质量。

面向生物流体泵送的AGET微泵性能优化评价

生物流体的进样和高效泵送是在微流控芯片上进行检测的基础。机械式微泵成本较高,具有复杂的结构并且很难微型化,而交流电热微泵不含运动部件,尺寸小,结构简单易于集成在微流控芯片上。现有对交流电热微泵性能的评价参数只有泵送速率,针对交流电热流场的特点,按照信噪比、净流速和泵送效率等无量纲评价参数设计一种低成本的面向生物流体的泵送装置,以交流电驱动微泵通道内的流体,实现对生物流体的可控泵送。利用多物理场耦合模型,优化交流电热微泵的结构,通过数值计算得出微泵的泵送速率表,对交流电热微泵的应用有重要的参考意义。