一种用于精确区分机械刺激中瞬态过程的摩擦电-压阻混合传感器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:33
文章英文标题
A triboelectric-piezoresistive hybrid sensor for precisely distinguishing transient processes in mechanical stimuli
正文
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。
文章内容(英文)
As a pivotal component in human-machine interface and autonomous robot, tactile sensors are imperative to own extra capability of perceiving transient mechanical stimuli, rather than remaining in the static sensing regime. In this work, a hybrid tactile sensor is proposed, which integrates a porous polydimethylsiloxane (PDMS) based triboelectric active sensing unit and a conductive carbon black (CB)/thermoplastic polyurethane (TPU) composite based piezoresistive sensing unit. This hybrid sensor responds well to both static and transient mechanical excitations, such that the entire process of “approach-contact-press-release-separation” in a tactile stimulus can be precisely distinguished. In addition, this sensor can detect the approaching and separating speed up to 100 mm s−1, with a good linearity between the contact or separation speed and the triboelectric voltage output. The two signals from the hybrid sensor can be combined to generate comprehensive and insightful information about a mechanical stimulus and differentiate nuances among similar stimuli. We demonstrate the application of the hybrid sensor in a smart boxing-training glove, which is capable of identifying different boxing punches and revealing detailed information about the impact of each punch.
来源出处
Journal|[J]Nano EnergyVolume 78, 2020. PP 105216-
DOI
https://doi.org/10.1016/J.NANOEN.2020.105216

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