新加坡國(guó)立大學(xué)研發(fā)一款能區(qū)別彎曲或拉伸負(fù)載超薄的軟性壓力傳感器

　　新加坡國(guó)立大學(xué)(National University of Singapore)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種超薄的軟性壓力傳感器，不僅可在極其廣泛的范圍(2k-400kPa)測(cè)量壓力負(fù)載，同時(shí)還能區(qū)別彎曲或拉伸負(fù)載。

　　這種新款傳感器內(nèi)含80μm薄的S型微流體，連接至直徑5mm的中央圓形凹槽，以及兩側(cè)圓形區(qū)域(直徑2.5mm)，并以液體金屬共晶鎵銦(eGaIn)完全填充。

　　該感測(cè)器采用以網(wǎng)版印刷的兩條銀電極運(yùn)行經(jīng)兩側(cè)圓形區(qū)域，模塑出鍵合至PET薄膜的軟矽膠，使其得以打造出堅(jiān)固且有彈性的傳感器。此外，利用導(dǎo)電的液體金屬，表示傳感器不致于發(fā)生破裂或材料疲乏等狀況。

　　在中央?yún)^(qū)域施加一個(gè)負(fù)載時(shí)，橡膠會(huì)變形，而液體金屬則流入側(cè)袋中，隨負(fù)載增加而逐漸改變整組裝的總電阻。要讀取電路也十分簡(jiǎn)單，只要利用標(biāo)準(zhǔn)的類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)測(cè)量電阻變化即可，無(wú)需放大任何訊號(hào)。

　　在其發(fā)表于《ACS Sensors》期刊的報(bào)告——“具有高度靈活性、耐用性和靈敏度的三態(tài)液體微流控觸覺(jué)傳感器”(Triple-State Liquid-Based Microfluidic Tactile Sensor with High Flexibility, Durability, and Sensitivity)中，研究人員證實(shí)S型能表現(xiàn)出更好的液體動(dòng)力學(xué)，同時(shí)也觀察到較直接微流體結(jié)構(gòu)更高且更清晰的輪廓變形，顯示S型微流體結(jié)構(gòu)具有更高的局部負(fù)載靈敏度。

　　科學(xué)家并以各種不同的機(jī)械負(fù)載測(cè)試其傳感器，從手指輕觸到腳步踩踏——分別以穿鞋、不穿鞋或穿高跟鞋等方式進(jìn)行。

　　研究人員將傳感器應(yīng)用于鞋中。針對(duì)腳跟碰撞或足部重踏等不同的動(dòng)作，傳感器分別產(chǎn)生特性鮮明的電反應(yīng)。

　　他們甚至開(kāi)著車子輾過(guò)進(jìn)行測(cè)試。為了打造其靈活性，研究人員還進(jìn)行了電池彎曲試驗(yàn)，結(jié)果顯示從-90°、-45°、 45°與 90°的彎曲都十分易于區(qū)別。

　　研究人員指出，透過(guò)腳步踩踏較能顯示其細(xì)微差別，因?yàn)檫@種傳感器能夠辨識(shí)來(lái)自不同的步態(tài)的特定運(yùn)動(dòng)特性。

　　新加坡國(guó)立大學(xué)教授Chwee Teck Lim認(rèn)為，這種傳感器適于穿戴式裝置的許多應(yīng)用。他說(shuō)：“我們正考慮導(dǎo)入商業(yè)化，并已為此發(fā)明申請(qǐng)專利，以及與一些潛在用戶交換意見(jiàn)，主要來(lái)自醫(yī)院和診所。”

　　至于差異化以及這種新型傳感器如何與其他薄膜軟性傳感器？Lim表示，“我們的液基傳感器最具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)之處在于它能實(shí)現(xiàn)極度的機(jī)械形變，比起固體傳感器也較不至于發(fā)生塑料變形和斷裂。另一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是我們能區(qū)隔出輕柔壓力與重壓的不同，而不需要進(jìn)行額外的訊號(hào)處理或放大。”

　　“第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，我們的傳感器可以感測(cè)各種不同模式的負(fù)載，如彎曲、扭轉(zhuǎn)、壓力以及拉伸等，而其他的一些傳感器只能測(cè)量一種負(fù)戴模式，例如僅能測(cè)壓力。”Lim并補(bǔ)充說(shuō)，研究人員已在其他研究發(fā)布中證實(shí)其他負(fù)戴模式了。