Advanced Functional Materials::导电多层绒毛状纤维在高灵敏、可拉伸、耐湿的多手势识别传感器与VR中的应用

通常人们认为,可检测人体运动的应变,或压力传感器的可穿戴设备是医学,人体运动监控和虚拟现实(VR)领域的主要问题。为了制造出可监测人体运动的可穿戴电子设备,开发可探测多种手势的柔性可伸缩传感器便显得至关重要。但是,大多数现有的研究都存在局限性,因为大多数研究是在二维薄膜上进行的,因此它们只能检测较小范围的应变,并且易受外部形变力的影响。

从这一观点出发,光纤型电子器件适合用于感测单个信号(例如应变,弯曲或压力),但当多个手势或姿势同时施加时,要想实现对这些动作的精确识别和多模式传感,仍是一个巨大的挑战。另外,考虑到光纤的传感器的实际性能(例如灵敏度和检测范围),耐湿性和可重复性的显着改善在实际使用中尚未解决。

最近,成均馆大学(SKKU)的ChanghyunPang教授和延世大学的Taeyoon Lee教授的研究团队开发了一种具有伸缩性、耐湿性、基于多模态的纤维基传感器,由于该传感器具有多层微尺寸绒毛状结构,因此显著增强了传感器灵敏度并能够识别多种人类的动作。为了识别多个手势,研究人员将两根多层绒毛状导电纤维绞接在一起,制成了纤维型传感器,然后通过测量两种不同类型的电阻变化,区分施加到传感器接触点的外部刺激:单电阻(i)和互电阻(ii)(如图),借助这两种不同类型的电阻,可以监测从压力、拉伸和弯曲作用中获取的电信号的不同波形。

同时,基于简易合成的多级微绒毛结构,该传感器对外部刺激信号表现出明显的延展性、灵敏性和对不同波形的可分辨性。 此外,在形成自组装单层膜后,该传感器即使在潮湿条件下也表现出优异的耐湿性和稳定性。 当这种传感器安装在人体上时,它的耐湿功能可以防止由汗液等体液导致的性能下降。利用这些特性,如果将这种传感器应用于智能VR手套,将有望制造出可识别人类动作的智能游戏控制器,从而使人们在体验在线游戏时可以通过手势实现直接操控,大幅提高游戏的写实度与游玩性。

研究人员相信,借助这类装置可以为纺织类可穿戴设备和虚拟现实应用的研究打开一扇新的窗口,提供更多灵感。相关研究以“Conductive Hierarchical Hairy Fibers for Highly Sensitive, Stretchable, and Wet-Resistant Multimodal Gesture-distinguishable Sensor and VR Applications”为题,在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.201905808)上。