南洋理工大学王一凡团队 Small:可用于压力检测和接近感应的新型人造皮肤
2023-01-29 来源:高分子科技
人造皮肤(Artificial Skin)通过其在智能机器人,人机交互以及虚拟/增强现实领域的广泛应用,已经彻底改变我们的生活。人造皮肤的最初发展目标,是为了在合成系统上实现天然皮肤的强大感应能力,目前为止,研究学者们在这个目标上已经取得巨大进步。目前的人造皮肤可以像天然皮肤一样,将包括温度、压力/应力、湿度、表面性能,和其他生理指标等等环境参数转换成数字信号。除了模仿自然皮肤之外,学者们正在尝试新的突破,希望实现超越天然皮肤功能的新型人造皮肤。在这种背景下,开发出了具有双响应模式的人工皮肤,这类皮肤可以同时赋予人类或者机器人触觉(tactile)与非接触(touchless)的感应能力。然而,尽管已经存在这些双响应人造皮肤的报道,对于这些研究而言,应用大多局限于非接触感知(proximity perception)或者接近开关(approach switches)。实际上,我们设想,来自环境的近端(proximal)输入应该可以传递关于目标本身的更多有价值的信息,例如物质组成和类型,而这些在以前的研究中总是被忽视。
图1 人造皮肤的基本结构和概述。a)人造皮肤功能的概念性展示。b) PDMS海绵多孔蓬松结构的SEM图像(比例尺:300μm)。c)导电织物电极表面形貌的SEM图像(比例尺:200μm)。d)制备的多孔PDMS海绵状实体的照片(比例尺:1厘米)。
图2 a) 人造皮肤在触觉感应模式下的工作原理和等效电路。b)不同IL含量的样品的灵敏度响应。c) 传感器在不同压力下的实时电容响应。d-e)不同IL含量多孔PDMS样品的力学性能和介电性能。f) 传感器在工作超过11 800次循环后的耐久性测试。g) i-DAS的传感性能与以往工作的比较。
图3 a) 人造皮肤非接触探测的工作原理及等效电路。b-c)人造皮肤在检测 PTFE薄膜和铜薄膜靠近时的传感能力。d)机器人手指靠近、接触和远离人类手指时电容的实时变化。e)人造皮肤在探测不同接近目标时的电容变化。
图4 a) 基于人造皮肤的多功能应用展示。a) 操作电脑游戏的双模控制面板工作流程图。b)在 低速和高速模式下触发游戏角色移动的演示,动作指令分别由人类手指靠近和触摸触发。c) 演示电子地图导航和d)电子文档滚动浏览。
图5 a) 基于人造皮肤的非接触材料分类系统。a)非接触式材料分类的工作原理图。b-d)演示人造皮肤成功分类聚合物,金属和人体。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202206830
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(责任编辑:xu)
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