0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

哈工大教授提出新型柔性触觉传感器阵列

MEMS 来源:MEMS 作者:MEMS 2021-01-19 09:24 次阅读

近日,哈工大(深圳)胡泓教授团队联合香港城市大学杨征保教授团队提出了一种基于压电薄膜、具有行+列电极结构的触觉传感器阵列,相关成果以《Skin-inspired Piezoelectric Tactile Sensor Array with Crosstalk-free Row+column Electrodes for Spatiotemporally Distinguishing Diverse Stimuli》(DOI:doi.org/10.1002/advs.202002817)为题发表于《Advanced Science》,林伟康和王标为共同第一作者。这项研究为触觉传感器设计提供了一种新的策略,有望惠及电子皮肤、健康监测、动物运动检测机器人等领域。

近年来,柔性电子皮肤一直是学术界和业界的热门话题,其中用于模仿人体皮肤功能的仿生触觉传感器是研究的重点之一。触觉传感器能对外界的应力刺激产生对应的电信号,广泛应用在人工智能、人机交互、生物信息检测等领域。深入了解人体皮肤的感知原理,是设计仿生触觉传感器的重要前提。据了解,人体皮肤是一种非常“强大”的触觉传感器,它可以同时检测各种刺激的强度和模式,可以分辨出按压、敲击和弯曲,这主要归因于四个机械感受器(SA-I,II和FA-I,II)分布在人体皮肤的不同区域,机械感受器接收外部刺激并将其转换为电子信号,这四种受体的综合信号由大脑进行分析,进而得到物体大小、形状和质地等信息。

目前,柔性触觉传感器阵列在应用上面临着许多挑战。现有的触觉传感器阵列往往只具有单一功能,同时大面积、高分辨率的传感器阵列需要大量的电极引线。两支团队本次提出的触觉传感器阵列,可以实时感测和区分各种外部刺激的大小、位置和模式,包括轻微触碰、按压和弯曲等。与此同时,其独特的设计克服了其他压电传感器中存在的串扰问题。压力测试和弯曲测试表明,本次提出的触觉传感器阵列具有高灵敏度(7.7 mV / kPa),长期耐用性(80,000个循环周期)和快速响应时间(10 ms)的特征。触觉传感器阵列还显示出卓越的可扩展性和易于大规模制造的能力。

“该项研究主要具有三大创新点。” 胡泓介绍说,多功能触觉传感器阵列在测量压力、弯曲半径和弯曲方向的同时,还可以实时区分外部刺激的模式,实现了多种测量模式的自动解耦。同时,传感器阵列采用横纵电极结构,将电极引线数量由n×m降低至n+m,极大降低了制作成本和难度。此外,该项研究还解决了横纵电极结构在压电传感器阵列中的信号串扰问题。

f7adf99e-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图1 基于皮肤启发的触觉传感器阵列示意图。(a)传感器阵列的多层结构设计,从上到下依次为保护层、上感知层、隔离层、下感知层、保护层。(b)传感器阵列电极引线。(c)触觉传感器阵列系统实时分辨不同模式刺激的示意图。触觉传感器阵列将外界刺激转换为电信号,电信号经过信号处理后可以实时判断外界刺激的大小和模式,进而用于外部设备。

f7d53662-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图2 不同刺激模式下触觉传感器阵列的工作机理。(a)正压力刺激模式的示意图(b)上感知层和下感知层在正压力下的应力分布。(c)弯曲刺激模式的示意图。(d-g)上感知层的应力随着弯曲角度的增大而减小,而下感知层的情况则呈现相反的趋势。两层的应力在弯曲角度为45°时近似相同。此外,较大的弯曲半径导致较大的应力。

f849fb82-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图3 触觉传感器阵列在正压力刺激模式下的测试结果。(a)压电薄膜的极化方向和触觉传感器阵列的接线方式。(b)轻微触碰下传感器输出电压波形图。(c)5 Hz频率,不同压力大小条件下,传感器输出电压波形图。(d)输出峰值电压与正压力的关系。(e)80000次耐久循环测试。

f872f29e-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图4 触觉传感器阵列在弯曲刺激模式下的测试结果。(a-c)弯曲半径为15 mm时,传感器阵列在弯曲方向0°,45°和90°的输出电压波形图。(d-f)输出峰值电压与弯曲半径的关系。

f8a94434-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图5 传感器阵列同时测量弯曲半径和弯曲方向。(a,b)基于实验数据,对上、下感知层输出峰值电压与弯曲半径和弯曲方向的拟合结果。(c,d)通过上、下感知层的输出峰值电压计算弯曲半径和弯曲方向。

f8dd2a2e-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图6 大面积可拓展触觉传感器阵列及其多点检测能力的示意图。(a)5×5触觉传感器阵列的示意图。(b)5×5触觉传感器阵列的实物图,每个单元2.5×2.5 mm2。(c)单点压力测试时,传感器10通道的实时信号。(d,e)多点压力测试示意图和平面压力强度分布图。

f950a01c-59ad-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

图7 触觉传感器阵列的应用。(a)检测颈动脉脉搏。(b)检测微小物体运动,小蜘蛛约重5mg,传感器阵列精确捕捉到蜘蛛的起飞和降落位置,静止时间和空中持续时间。(c)带有触觉传感器的机械手,可以平稳抓起柔软易碎的豆腐。(d)没有触觉反馈控制的情况下,将会破坏豆腐块。

《医疗柔性电子技术及市场趋势-2020版》

原文标题:新型柔性触觉传感器阵列有望惠及电子皮肤、健康检测等领域

文章出处:【微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

责任编辑:haq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 传感器
    +关注

    关注

    2515

    文章

    47684

    浏览量

    738675
  • 机器人
    +关注

    关注

    206

    文章

    26820

    浏览量

    201025
  • 电子皮肤
    +关注

    关注

    3

    文章

    95

    浏览量

    18415

原文标题:新型柔性触觉传感器阵列有望惠及电子皮肤、健康检测等领域

文章出处:【微信号:MEMSensor,微信公众号:MEMS】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    工业机器人的触觉传感器有哪些?传感器作用是什么?

    工业机器人触觉传感器可以帮助工业机器人测量与其环境的任何物理交互。传感器可以测量与传感器和物体接触相关的参数。工业机器人也受益于触觉。力和
    的头像 发表于 03-11 08:39 137次阅读

    用于机器人触觉和非接触距离感知的柔性双模态传感器设计

    具有非接触式传感功能的柔性传感器的开发仍然是触觉感知的技术挑战。
    的头像 发表于 02-28 09:58 207次阅读
    用于机器人<b class='flag-5'>触觉</b>和非接触距离感知的<b class='flag-5'>柔性</b>双模态<b class='flag-5'>传感器</b>设计

    产学研交流—哈工大田艳红教授一行到访翠展微

    12/26 2023 产学研交流      为进一步拓宽公司技术发展途径,持续贯彻高校交流计划。12月26日,浙江翠展微电子有限公司有幸邀请到哈工大材料结构精密焊接与连接全国重点实验室副主任
    的头像 发表于 12-26 22:35 461次阅读
    产学研交流—<b class='flag-5'>哈工大</b>田艳红<b class='flag-5'>教授</b>一行到访翠展微

    仿皮肤电容式柔性触觉传感器研究

    研究人员从皮肤结构获取灵感,设计了倾斜微毛发阵列(TMHA)结构,作为电容式触觉传感器的介电层。人体皮肤是一个综合系统,包括表皮层、真皮层和皮下组织,以及众多的机械感受器。
    发表于 12-19 10:26 244次阅读
    仿皮肤电容式<b class='flag-5'>柔性</b><b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>研究

    柔性触觉传感器或将在人形机器人时代大放异彩

    近日,开源证券发布研究报告称,柔性触觉传感器又称为“电子皮肤”,能够实现与环境接触力、温度、湿度、震动、材质、软硬等特性的监测,是机器人直接感知环境作用的重要传感器,有助于智能化的人形
    的头像 发表于 12-13 15:52 535次阅读

    华为与哈工大联合推出新型芯片技术

    芯片华为
    深圳市浮思特科技有限公司
    发布于 :2023年12月07日 17:58:10

    一种模拟皮肤触觉柔性仿生光纤触觉传感器

    该论文提出了一种模拟皮肤触觉柔性仿生光纤触觉传感器,能够同时检测和区分温度和压力。传感器采用弯
    发表于 11-24 12:35 498次阅读
    一种模拟皮肤<b class='flag-5'>触觉</b>的<b class='flag-5'>柔性</b>仿生光纤<b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>

    数智共创,华为WeLink 赋能哈工大卓越发展

    数智共创,WeLink 赋能哈工大卓越发展 哈尔滨工业大学经过百余年的发展,形成了“一校三区”的办学格局,在全国高校中最具特色,也增加了校务活动的复杂性。信息化服务模式也面临着跨地域空间,信息规划
    的头像 发表于 11-05 14:49 293次阅读
    数智共创,华为WeLink 赋能<b class='flag-5'>哈工大</b>卓越发展

    纳米材料柔性传感器赋能元宇宙应用

    据麦姆斯咨询报道,长春理工大学(CUST)和香港城市大学(CityU)的研究人员调研了采用不同尺寸纳米材料制造的柔性传感器,以及利用这些传感器与虚拟现实(VR)应用交互的触发方法。
    发表于 10-18 16:16 162次阅读
    纳米材料<b class='flag-5'>柔性</b><b class='flag-5'>传感器</b>赋能元宇宙应用

    什么是触觉传感器触觉传感器如何工作?

    触觉传感器是我们在日常活动中最常用的。许多日常活动,如手机触摸屏、生物识别安全系统、压力测量、力测量、机器人等等都使用这种传感器
    发表于 08-29 14:44 991次阅读
    什么是<b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>?<b class='flag-5'>触觉</b><b class='flag-5'>传感器</b>如何工作?

    深开鸿王成录出席深圳哈工大计算机学部校友会主办的“开源软件与信创科技”论坛

    为了推动中国开源软件、信创科技发展,培养操作系统软件人才,8月13日,深圳哈工大计算学部校友会2023年会暨“开源软件与信创科技”论坛在深圳隆重举办,来自高校和企业的专家、学者汇聚一堂,围绕
    的头像 发表于 08-17 09:31 317次阅读
    深开鸿王成录出席深圳<b class='flag-5'>哈工大</b>计算机学部校友会主办的“开源软件与信创科技”论坛

    石墨烯在柔性传感器领域的应用有哪些

    传感器分为柔性传感器和非柔性传感器,非柔性传感器应用
    发表于 08-16 09:56 542次阅读
    石墨烯在<b class='flag-5'>柔性</b><b class='flag-5'>传感器</b>领域的应用有哪些

    深开鸿王成录出席深圳哈工大主办的“开源软件与信创科技”论坛

    为了推动中国开源软件、信创科技发展,培养操作系统软件人才,8月13日,深圳哈工大计算学部校友会2023年会暨”开源软件与信创科技“论坛在深圳隆重举办,来自高校和企业的专家、学者汇聚一堂,围绕
    的头像 发表于 08-15 18:45 413次阅读

    深开鸿王成录出席深圳哈工大计算机学部校友会主办的“开源软件与信创科技”论坛

    为了推动中国开源软件、信创科技发展,培养操作系统软件人才,8月13日,深圳哈工大计算学部校友会2023年会暨“开源软件与信创科技”论坛在深圳隆重举办,来自高校和企业的专家、学者汇聚一堂,围绕
    的头像 发表于 08-14 20:35 619次阅读

    河北工大:激光写入多孔石墨烯泡沫,用于多路电化学汗液传感器

    标记物进行多重检测,通常需要高密度阵列,这对低成本制造方法提出了挑战。研究提出低成本直接激光写入多孔石墨烯泡沫作为柔性电化学传感器来检测汗液
    的头像 发表于 07-28 18:32 540次阅读
    河北<b class='flag-5'>工大</b>:激光写入多孔石墨烯泡沫,用于多路电化学汗液<b class='flag-5'>传感器</b>