當(dāng)今，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和科技的不斷進步，傳感器技術(shù)得到了很大的發(fā)展。傳感器作為機器人的感官元件，對機器人的作用越來越大了。隨著機器人的發(fā)展，機器人對傳感器的依賴程度也變得越來越高了。
最近的技術(shù)進步已使越來越復(fù)雜的電子設(shè)備的進一步發(fā)展成為可能。這些新技術(shù)中的部分，特別是可穿戴設(shè)備和軟機器人，需要或者可以說是依賴于包括傳感器、致動器和超級電容器在內(nèi)的柔性電子組件。
中國鄭州大學(xué)和北京大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種新型可拉伸和可壓縮的水凝膠應(yīng)變傳感器，可用于制造具有傳感功能的各種柔性或軟技術(shù)，包括健康追蹤器和機器人皮膚。該傳感器發(fā)表在《Macromolecular Materials and Engineering》上的論文中，易于制造且價格適中，因此非常適合大規(guī)模實施。
研究人員通過將碳納米纖維粉末(CFP)均勻分散在基于聚乙烯醇(PVA)的水凝膠中而制成。迄今為止，PVA由于其優(yōu)越的機械性能以及可生物降解的事實，已被證明對于柔性電子產(chǎn)品的開發(fā)具有很高的應(yīng)用前景。
通過將CFP分散在基于PVA的水凝膠中，研究人員能夠增強材料的機械強度并增加其電導(dǎo)率。他們采用了所謂的“凍融循環(huán)”方法，該方法需要反復(fù)冷凍和融化某種物質(zhì)。
發(fā)現(xiàn)由該方法生產(chǎn)的PVA / CFP水凝膠表現(xiàn)出寬的拉伸范圍(366%)和壓縮范圍(70%)。這使其成為開發(fā)高度靈活的電子產(chǎn)品的理想選擇，可以在保持最佳傳感能力的同時對其進行拉伸或壓縮。
“在1000次循環(huán)實驗中，PVA / CFP水凝膠的塑性變形低(拉伸和壓縮均<10%)，能量損失效率低(拉伸時為5.62%，壓縮時為12.13%)，并且機械性能穩(wěn)定強度和出色的敏感性，無論是拉伸到100%還是壓縮到50%應(yīng)變，”研究人員在論文中寫道。
除了相當(dāng)直接和有效之外，這種用于制造可拉伸和可壓縮傳感器的方法是低成本的，因此可以容易地擴大規(guī)模。此外，它還可以開發(fā)出高性能的傳感器，可以檢測各種人類行為或活動。
例如，使用新的制造策略創(chuàng)建的傳感器可以準(zhǔn)確地檢測用戶何時彎曲或伸展其關(guān)節(jié)、呼吸和吞咽。他們還可以感知人類行走或移動時壓力的變化。
研究人員在幾種情況下測試了它們的傳感器，將它們放在用戶的手腕上以檢測拳頭肌肉的張力，在喉嚨上以監(jiān)測吞咽，在胃上以檢測呼吸，或在鞋底下監(jiān)測用戶的步行行為。他們還使用相同的傳感器來檢測人的觸摸以及何時按下傳感器。
碳納米纖維聚合物水凝膠應(yīng)變傳感器已經(jīng)取得了令人鼓舞的結(jié)果，突出了其在各種應(yīng)用中的潛力。將來，它可以用于開發(fā)新的可穿戴設(shè)備，例如智能手表和健康跟蹤器，但它也可以使具有先進傳感功能的可拉伸電子皮膚得以制造。
論文標(biāo)題為《Highly Stretchable and Compressible Carbon Nanofiber–Polymer Hydrogel Strain Sensor for Human Motion Detection》。
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