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新加坡國立大學研發一款能區別彎曲或拉伸負載超薄的軟性壓力傳感器

作者: 2016年07月01日 來源: 瀏覽量:
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新加坡國立大學(NationalUniversityofSingapore)的研究人員開發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)測量壓力負載,同時還能區別彎曲或拉伸負載。   這種新款傳感器內含80μm薄的S型

  新加坡國立大學(National University of Singapore)的研究人員開發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)測量壓力負載,同時還能區別彎曲或拉伸負載。

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

  該感測器采用以網版印刷的兩條銀電極運行經兩側圓形區域,模塑出鍵合至PET薄膜的軟矽膠,使其得以打造出堅固且有彈性的傳感器。此外,利用導電的液體金屬,表示傳感器不致于發生破裂或材料疲乏等狀況。

  在中央區域施加一個負載時,橡膠會變形,而液體金屬則流入側袋中,隨負載增加而逐漸改變整組裝的總電阻。要讀取電路也十分簡單,只要利用標準的類比數位轉換器(ADC)測量電阻變化即可,無需放大任何訊號。

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

  科學家并以各種不同的機械負載測試其傳感器,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行。

  研究人員將傳感器應用于鞋中。針對腳跟碰撞或足部重踏等不同的動作,傳感器分別產生特性鮮明的電反應。

  他們甚至開著車子輾過進行測試。為了打造其靈活性,研究人員還進行了電池彎曲試驗,結果顯示從-90°、-45°、 45°與 90°的彎曲都十分易于區別。

  研究人員指出,透過腳步踩踏較能顯示其細微差別,因為這種傳感器能夠辨識來自不同的步態的特定運動特性。

  新加坡國立大學教授Chwee Teck Lim認為,這種傳感器適于穿戴式裝置的許多應用。他說:“我們正考慮導入商業化,并已為此發明申請專利,以及與一些潛在用戶交換意見,主要來自醫院和診所。”

  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爭優勢之處在于它能實現極度的機械形變,比起固體傳感器也較不至于發生塑料變形和斷裂。另一項優點是我們能區隔出輕柔壓力與重壓的不同,而不需要進行額外的訊號處理或放大。”

  “第三個優點是,我們的傳感器可以感測各種不同模式的負載,如彎曲、扭轉、壓力以及拉伸等,而其他的一些傳感器只能測量一種負戴模式,例如僅能測壓力。”Lim并補充說,研究人員已在其他研究發布中證實其他負戴模式了。

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