触觉传感器

Abstract(#br)This study presents a novel multifunctional tactile sensor to mimetic the human skin with high sensitive, flexible, and temperature measurable performances. The substrate is flexible due to the material property of the Polydimethylsiloxane (PDMS). The top electrode and bottom electrode layers are interlocked by the zinc oxide (ZnO) nanorods, which is vertically growing on the top of PDMS, providing high sensitivity for the measurement of the contact force and environment temperature.

Soft resistive tactile sensors are versatile devices with applications in next-generation flexible electronics. We developed a novel type of soft resistive tactile sensor called a soft magnetic powdery sensor (soft-MPS) and evaluated its response characteristics. The soft-MPS comprises ferromagnetic powder that is immobilized in a liquid resin such as polydimethylsiloxane (PDMS) after orienting in a magnetic field. On applying an external force to the sensor, the relative distance between particles changes, thereby affecting its resistance.

触觉传感器作为人机接口和自主机器人的重要组成部分，需要具备额外的感知瞬态机械刺激的能力，而不是停留在静态感知状态。本工作提出了一种混合触觉传感器，它集成了多孔聚二甲基硅氧烷( PDMS )基摩擦电活性传感单元和导电炭黑( CB ) /热塑性聚氨酯( TPU )复合材料基压阻传感单元。这种混合传感器对静态和瞬态的机械激励都有很好的响应，从而可以精确区分触觉刺激中“接近-接触-加压-释放-分离”的整个过程。此外，该传感器可检测接近和分离速度高达100   mm   s-1，接触或分离速度与摩擦电电压输出具有良好的线性度。这两个来自混合传感器的信号可以结合起来，产生关于机械刺激的全面和深刻的信息，并区分相似刺激之间的细微差别。我们展示了该混合传感器在智能拳击训练手套中的应用，能够识别不同拳击拳头，并揭示每个拳头的影响细节信息。

利用纳米复合材料制作的压阻触觉传感器具有良好的柔韧性、电学性能和灵敏度。但是，通过实现填料材料的均匀分散和利用有效的结构设计来改善触觉感知性能，可以显著提高感知性能，特别是在低压范围。本研究以多壁碳纳米管( MWCNTs )为导电填料，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为聚合物基体，制备了一种新型的具有网格状微结构的柔性压阻触觉传感器。研究重点在于通过使填料材料均匀分散，优化传感器设计和结构，提高触觉传感器性能。采用相同的网格结构传感层(线宽、线间距、厚度为1 mm )，MWCNTs在PDMS中的掺杂质量比在1 ~ 10 wt . %之间变化。掺杂比例为7 wt . %的传感器性能最稳定，在10 ~ 20 kPa的低气压范围内的灵敏度为6.821 kPa - 1，在30 ~ 200 kPa的饱和范围内的灵敏度为0.029 kPa - 1。并对网格结构尺寸进行了优化，分析了网格结构、灵敏度和传感范围之间的关系。为了验证压阻原理，推导了压力与电阻输出的关系式。对于网格结构，线宽、线间距和厚度分别为1、1和0.5 mm的网格结构响应最为稳定和改善。在50 ~ 130kPa的低压范围内，灵敏度为0.2704 kPa - 1；在140 ~ 200kPa的饱和范围内，灵敏度为0.0968 kPa - 1。压阻响应主要与量子隧穿效应有关，可以根据掺杂剂浓度和网格微结构进行优化。

利用纳米复合材料制作的压阻触觉传感器具有良好的柔韧性、电学性能和灵敏度。但是，通过实现填料材料的均匀分散和利用有效的结构设计来改善触觉感知性能，可以显著提高感知性能，特别是在低压范围。本研究以多壁碳纳米管( MWCNTs )为导电填料，聚二甲基硅氧烷( PDMS )为聚合物基体，制备了一种新型的具有网格状微结构的柔性压阻触觉传感器。研究重点在于通过使填料材料均匀分散，优化传感器设计和结构，提高触觉传感器性能。采用相同的网格结构传感层(线宽、线间距、厚度为1 mm )，MWCNTs在PDMS中的掺杂质量比在1 ~ 10 wt . %之间变化。掺杂比例为7 wt . %的传感器性能最稳定，在10 ~ 20 kPa的低气压范围内的灵敏度为6.821 kPa - 1，在30 ~ 200 kPa的饱和范围内的灵敏度为0.029 kPa - 1。并对网格结构尺寸进行了优化，分析了网格结构、灵敏度和传感范围之间的关系。为了验证压阻原理，推导了压力与电阻输出的关系式。对于网格结构，线宽、线间距和厚度分别为1、1和0.5 mm的网格结构响应最为稳定和改善。在50 ~ 130kPa的低压范围内，灵敏度为0.2704 kPa - 1；在140 ~ 200kPa的饱和范围内，灵敏度为0.0968 kPa - 1。压阻响应主要与量子隧穿效应有关，可以根据掺杂剂浓度和网格微结构进行优化。