3D 微应变计提升电子皮肤的传感能力

Josiah02

想象一下，一组柔性触觉传感器附着在你的皮肤表面，提供来自身体各个部位的可定制生物力学信号检测。得益于最近的研究，这种虚构的超级材料即将成为现实。
在《科学进展》杂志上发表的一项研究中，北京大学的研究人员开发了一套灵活的模块化触觉传感器，利用三维微应变计作为传感单元，实现了压力的高密度映射、生物力学信号的无线监测以及温度、法向力和剪切力的解耦测量。
论文通讯作者、北京大学的韩梦迪解释说：“这些 3D 微应变计为开发柔性触觉传感器和电子皮肤提供了令人兴奋的可能性。通过使用与光刻技术兼容的工艺将平面应变计转换为 3D 形式，我们可以扩展传感方式并提高触觉传感的空间密度。”
薄膜应力驱动的三维微应变计表现出良好的一致性和稳定性，展现出优异的并行化和海量处理能力，工艺完全兼容微加工（微米级及以下微型结构的加工过程），快速稳定的转移方式可实现与微电子与微电子的无缝集成。
“基于三维微应变计的加工技术，我们可以快速定制传感器的性能，”韩实验室博士生、论文共同第一作者陈旭说。
“通过调整3D微结构的形状、每层薄膜的厚度以及封装聚合物的厚度，可以轻松改变触觉传感器的灵敏度和其他特性。”这​​为快速定制满足各种需求的柔性触觉传感器和电子皮肤提供了坚实的基础。
“每个柔性传感器包含四个正交放置的 3D 微型应变计，可以精确分离法向力和剪切力，以确定外力的方向和大小。该传感器还包含一个温度传感模块，”韩实验室的博士生兼论文共同第一作者王逸然指出。
王补充道：“我们还设计了一个防串扰电路，使用我们的 3D 微应变计阵列来支持皮肤界面上的法向力和剪切力的时空映射。”
这些 3D 微应变计表现出与微电子和宏电子的兼容性，为从机器人到生物医学和消费电子的潜在应用提供了机会。这种技术方法增强了柔性触觉传感器的传感性能和集成解决方案，预示着微电子和微电子领域的巨大机遇。