用于自适应触觉传感的纸基仿生电子触须阵列

在自然界中,种类繁多的生物体经过长期进化具备了适应环境变化的独特功能,从而使它们得以生存与发展。目前,科学家们从生物体的独特功能获得启发,加快推进了新型智能传感系统的发展步伐。动物的触须(或胡须)是一种高度进化成熟的精密触觉系统,能够帮助动物进行精准导航和感知周围环境变化。比如,猫的面部胡须可以灵敏地察觉气流变化,老鼠能够凭借面部触须来探明漆黑环境中的前进道路,海豹的触须则可以感知水的运动来定位猎物等。采用电子手段来模仿动物触须的结构和功能将有助于拓展电子触觉系统的种类及应用领域。

Advanced Electronic Materials pancaofeng

近期,中国科学院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰课题组的化麒麟等人受到猫胡须的启示,进而提出了一种铅笔绘制的纸基电子触须阵列用于自适应触觉传感探测。这种电子触须是在纸基底上通过铅笔绘制出的石墨痕迹来作应力传感单位而制作成的,它具有高达34的应变灵敏系数(GF)、快速响应时间(50 ms)以及超过2000次循环测试的高稳定性,同时在不同湿度环境中也能够维持稳定的探测性能。该电子触须阵列具有拉伸和压缩两种探测模式,能够有效地进行自适应触觉探测、构建探测对象的三维空间图像以及详细描绘探测对象的位置、方向和形状。值得指出的是,采用铅笔绘制于纸上的方法具有简单、价廉、质轻、易得、易处理和环保等诸多优点。我们只需要采用纸张、铅笔和剪刀等材料与工具便能快速制作出个性化的电子触须,并且灵敏度较高、能满足具体条件下的使用要求,有望在先进机器人技术、人工智能、人机接口和健康监测系统等方面有着潜在应用。

功能仿生结合日常所见的简单价廉制备方法可以为创造特殊功能的新型电子器件提供了新思路,并将有助于今后指导和开发个性化的新型触觉传感系统,改变人们与科技的交互方式。相关结果发表在Advanced Electronic Materials (DOI: 10.1002/aelm.201600093)上。

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