據英國《自(zì)然》雜誌網站7月29日報道,韓國首爾(ěr)大學的研究人員從甲蟲(chóng)的翅(chì)膀獲得靈感,研發出一種柔韌的電子(zǐ)傳感器,其能(néng)捕捉到一隻瓢蟲行走時的輕柔腳步聲,也可以(yǐ)區分剪力和扭力(lì),就像人體皮膚一樣。它(tā)還可以綁在(zài)手腕上,作為心率監測器使用(yòng)。29日出版的《自然?材料》雜誌對傳感器(qì)的設計進行了描述。
研究人員解釋說,當甲蟲休息時,其翅(chì)膀上和身體上的兩排毛發會通(tōng)過一種名為範德華力(lì)的靜(jìng)電吸引力相互鎖定,他們借鑒了甲蟲鞘翅間的這種鎖合結構,利用交織在(zài)一起的“毛發”製成了該電(diàn)子傳感器。
“毛發”實際上是直徑100納米、長1微米、外覆導(dǎo)電金屬塗層的聚合物纖維。將聚合(hé)物纖維層(céng)像三明治一樣夾在(zài)一起,這些納米“毛發”就會互相吸引並彼此鎖定。用聚合物製作的柔軟防護層將其“包(bāo)裹”住,並用電線連(lián)接起來,便可作為(wéi)傳感器(qì)使用。當按壓、揉搓或刷拭傳感器時,“毛發”的位置發(fā)生改變,傳感器的電阻(zǔ)也隨之變化。小至5帕(pà)斯卡的(de)壓力都可被其探測到,這是比最輕的觸(chù)摸還要(yào)柔和的(de)力度。
通過分析電阻如何響(xiǎng)應機械應(yīng)力而發生變化,以及(jí)力移除(chú)時電阻又是如何恢複的,研究人員可(kě)以區分(fèn)三(sān)種不同類型的機械應力:來自上方(fāng)的壓力、沿表麵摩擦滑動的剪力和扭轉產(chǎn)生的扭力。人體皮膚能(néng)夠區分這些力,但大多數人造傳感器做不(bú)到。研究人員表示,其他傳感器隻能感測(cè)到(dào)總作用力,卻無法判(pàn)斷力的方向。
同樣在研發靈活的應變傳感器的美國斯坦福大學材料科學家鮑哲南(音譯)認為,韓國科(kē)學(xué)家研製的傳感器利用電子讀數來判斷力的(de)性質的方法還有待改進,但其創意是獨特的。
美國加州Willow Garage機(jī)器(qì)人技術公司的馬(mǎ)泰(tài)?奇奧卡(kǎ)利說,這種微妙的(de)觸覺輸(shū)入對於設計可與人互動的機器人來說將非(fēi)常有用。“皮(pí)膚一直是機器人技術研發中被忽視的部(bù)分。”他(tā)說,因(yīn)為它帶來(lái)了一項挑戰:除(chú)了要具備強壯、靈敏、柔韌等特點外,它還需要非常大的表麵積。而韓國研究人員表示,通過製作大(dà)型模具,他們的傳感器片可(kě)以很容(róng)易地(dì)增大麵積,而且成本也很低廉。
電子皮膚也需具備很高的空間分辨率來定位壓力的施加點。研究(jiū)小組(zǔ)展示了他們的設備的(de)分辨率:利用一個(gè)64像素的8厘米(mǐ)?5厘米(mǐ)傳感(gǎn)器網絡,追蹤兩隻瓢蟲沿其表麵的蜿蜒漫步。他們還記錄了一滴水滴跳躍的路徑,並顯示該傳(chuán)感器片也可以綁(bǎng)在一個人的(de)手腕上來測量其脈(mò)搏。研究人員說,他們(men)正在同一家醫療保健公司探討利用這種材料開發心髒監測器(qì)的可行(háng)性。
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