中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
當前人工智能快速發(fā)展，各種類(lèi)人功能智能機器人層出不窮，觸覺(jué)感知是人類(lèi)和未來(lái)智能機器探索物理世界的基礎性功能之一，發(fā)展具有觸覺(jué)功能的仿生電子皮膚柔性感知器件，并實(shí)現器件與柔軟組織間的機械匹配性具有重要的科學(xué)意義和應用價(jià)值。
受指紋能夠感知物體表面紋理的啟發(fā)，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所張珽研究團隊在前期研究基礎上（Nano Research 2017, 10(8): 2683-2691），采用內外兼具金字塔敏感微結構的柔性薄膜襯底及單壁碳納米管導電薄膜，設計與制備了具有寬檢測范圍（45-2500 Pa）、高靈敏度（3.26 kPa-1）的疊層結構柔性振動(dòng)傳感器件（圖1b）。并建立了其摩擦物體表面時(shí)振動(dòng)頻率與物體表面紋理粗糙度的模型：f = v/λ（圖1；v：柔性傳感器相對速度運動(dòng)；f：振動(dòng)頻率；λ：起伏間距即波長(cháng)）。該柔性仿生指紋傳感器可應用于物體表面精細紋理/粗糙度的精確辨別，最低可檢測15 μm×15 μm的紋路，超過(guò)手指指紋的辨識能力（~50 μm×50 μm）。也能夠實(shí)現對切應力及盲文字母等高靈敏檢測與識別，這些特性將在機器人電子皮膚的觸覺(jué)感知、智能機械手等方面有重要潛在應用。相關(guān)結果已發(fā)表于Small (2018, 1703902, 1-9; DOI: 10.1002/smll.201703902)，并被Advanced Science News以A New Bionic Skin; Makes Sense 為標題報道（圖2），論文第一作者是碩士研究生曹玉東和博士李鐵。
作為柔性可穿戴電子，器件與柔軟組織間的機械不匹配是該領(lǐng)域需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。針對上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，近期張珽團隊報道了一種具有褶皺核鞘結構的纖維狀超延展柔性應變傳感器，該傳感器在全工作范圍內有高靈敏度，既可以對微弱應變又可以對大應變有良好的響應。依據模型, , （H:褶皺振幅，h：鞘層厚度，epre：纖維核預應變，ec：纖維核材料產(chǎn)生褶皺的臨界應變，l：褶皺波長(cháng)，hs：鞘層單層薄膜的厚度，n：鞘層薄膜層數），通過(guò)預拉伸-包裹-釋放策略可控地引入褶皺結構，這些褶皺相互接觸構成了額外的接觸電流通路（圖3）。該導電通路會(huì )在器件被拉伸的過(guò)程中因褶皺分開(kāi)而發(fā)生明顯的變化，加之鞘層為對應變敏感的MWCNT/TPE復合薄膜，因此該應變傳感器在極大的應變范圍內（> 1135%）均具有高靈敏度（GF: 21.3, 0%-150%; 34.22, 200%-1135%）。這些優(yōu)異的性能賦予了超延展應變傳感器對微小肌肉運動(dòng)以及大范圍的關(guān)節運動(dòng)實(shí)時(shí)監測的能力，同時(shí)也可應用于植入醫療，如用于數字化評定肌腱康復（圖4）。該研究成果近期發(fā)表于A(yíng)dvanced Science （DOI: 10.1002/advs.201800558），文章第一作者是博士研究生李連輝。
上述工作得到了國家自然科學(xué)基金（61574163）、江蘇省杰出青年基金（BK20170008）和中國博后基金（2017M611945）的支持。
