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青岛大学研发超灵敏触摸传感器,能隔空"感知"10厘米外的事物

2024-02-29 17:25:13 综合报道 阅读:
研究人员利用一种对电场敏感的3D打印材料制造出了一种新型传感器,它能准确识别和分辨10厘米外的物体,而无需用手触摸。这种非接触式触摸传感器可将类人机器人的灵敏度提升到一个新的水平。

过去几年来,在生产可弯曲、扭曲和折叠的电子产品方面取得了重大进展,从而产生了各种功能性可穿戴设备。可以理解的是,将下一代触摸传感器集成到电子人体皮肤中已成为一个重要的考虑因素,并有可能应用于机器人、健康和科技领域。ncfednc

集成了非接触式传感技术的电子皮肤可以让许多人受益。例如,能够挥动手指或做出手势来启动软件将非常方便--尤其是对于那些无法手持设备的人来说。此外,视觉障碍者也可以安全地绕过障碍物。当然,这种功能可以扩展到任何连接到物联网(IoT)的设备。ncfednc

目前的大多数触摸传感器都依赖于直接触摸物体,从而在传感器中产生可测量的物理变形和相应的力。然而,根据青岛大学研究人员的一项新研究,我们可能离非接触式传感更近了一步。他们开发出了一种灵敏度极高的触摸传感器,无需直接接触被检测物体即可工作。ncfednc

这项研究发表在《先进材料科学与技术》杂志上。ncfednc

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该研究的通讯作者之一李新林说:"为了实现更高的灵敏度和多功能性,我们开发出了新型复合薄膜,它具有令人惊讶且非常有用的电学特性。"ncfednc

为了制作复合薄膜,研究人员将少量氮化石墨碳(GCN)与聚二甲基硅氧烷(PDMS)3D打印成网格状。令人惊讶的是,他们发现将这两种具有高介电常数(衡量在电场中存储电能的能力)的材料结合在一起后,材料的介电常数很低,因此传感器对电场更加敏感。ncfednc

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(a) 手指接近传感器的示意图;(b) 手指与传感器之间的距离在 0 至 150 毫米之间时,电容变化与距离之间的关系ncfednc

研究人员用自己的手指作为被检测物体对网格的功能进行了测试,发现网格能感应到0.5至10厘米(0.2至3.9英寸)远的手指,而且无需实际触摸,就能清晰地将手指识别为三维物体。在圆桌和三棱镜上进行测试后,传感器可以准确识别和区分不同的形状和动作。ncfednc

李说:"在灵敏度、响应速度和多次使用后的稳定性方面,性能都非常出色。这为可穿戴设备和电子皮肤领域带来了新的可能性。"ncfednc

在传感器取得成功性能之后,研究人员将其集成到一块印刷电路板上,创建了一个能够远程监控人体运动的统一系统。包含新型传感器的电子皮肤贴在手腕上,确保与专门用于捕捉物体三维形状的设备持续连接,并利用 4G 技术将物体的三维形状实时无线传输到智能手机、智能手表和电脑上。ncfednc

研究人员计划改进传感技术,以便大规模生产。他们还将探索检测形状和运动以外的可能性。ncfednc

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责编:Demi
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