新加坡国立大学发明了高灵敏度、低磁滞的柔性电子皮肤传感器贴片

新加坡国立大学发明了高灵敏度、低磁滞的PDMS基柔性电子皮肤传感器贴片

【导读】：

通过使用一种在金属涂层的弹性体微结构上生成独特的三维纳米尺度裂纹形态的方法，展示了一种由软材料制成的近磁滞无压阻传感器系统。当施加较大的压缩压力时，该方法解决了许多使用软材料的电子传感器蒙皮所面临的固有机电滞后的主要挑战。

由柔性复合材料制成的压阻传感器可跟踪变形，并具有小于3％的滞后性，可以可靠地用作医疗可穿戴设备，用于测量小块皮肤上的脉搏波速度。还证明了低滞后特性可以实现机器人应用在纺织品表面上的表面纹理的准确可靠的单点触摸分类。

电子皮肤对于实时健康监控和机器人的触觉感知至关重要。尽管使用软质弹性体和微结构改善了触觉传感器的灵敏度和压力感应范围，但软质聚合材料的固有粘弹性仍然是导致循环滞后的长期挑战。这会导致接触事件之间的传感器数据变化，从而对准确性和可靠性产生负面影响。

在接触力学理论的指导下，新加坡国立大学（NUS）健康创新与技术研究所助理教授本杰明·泰（Benjamin Tee）领导的研究小组提出了一种新的传感器材料，该材料的磁滞明显更少。此功能可实现更准确的可穿戴健康技术和机器人感应。于2020年9月28日在享有盛名的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences )上发表了他们的研究结果。

可以将挠性TRACE传感器贴片放置在皮肤上，以测量浅动脉的血流量。

高灵敏度，低滞后压力传感器

当软材料用作压缩传感器时，它们通常会面临严重的磁滞问题。在重复触摸之间，软传感器的材料属性可能会发生变化，这会影响数据的可靠性。这使得每次获取准确的读数都具有挑战性，限制了传感器的可能应用。

NUS团队的突破是发明了一种具有高灵敏度但几乎没有滞后性能的材料。他们开发了一种在称为聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性材料上将金属薄膜裂解成所需环形图案的工艺。

TRACE传感器贴片可用于机械手的手指上以进行纹理识别。

该团队将这种金属/ PDMS膜与用于压阻传感器的电极和基板集成在一起，并对其性能进行了表征。他们进行了反复的机械测试，并验证了他们的设计创新提高了传感器性能。他们的发明称为抗触觉环状裂纹电子皮肤（TRACE），是传统软材料的五倍。

"凭借我们独特的设计，我们能够显着提高准确性和可靠性。TRACE传感器可潜在地用于机器人技术中以感知表面纹理或可穿戴式健康技术设备，例如用于测量浅表动脉的血流以进行健康监测"，同时也是国大材料科学与工程系的Tee助理教授说。

下一步

NUS团队的下一步是进一步提高其材料在不同可穿戴应用中的适应性，并基于传感器开发人工智能（AI）应用。

"我们的长期目标是通过放置在人体皮肤上的微小智能贴片的形式来预测心血管健康。这种TRACE传感器向着这一现实迈进了一步，因为它可以捕获的脉搏速度数据更加准确，并且还可以配备机器学习算法，以更准确地预测表面纹理。"

NUS团队旨在开发的其他应用包括在假肢中的使用，在假肢中，可靠的皮肤界面可实现更智能的反应。