电子皮肤-用于高温的摩擦电接触压力和温度传感器

科技   2025-01-04 10:36   江苏  

研究背景

能够同时检测多种刺激的类皮肤传感器在尖端人机交互方面具有巨大潜力。然而,实现超越人类触觉感知的多模态触觉识别仍然面临重大挑战。


创新点

广西大学Shuangxi Nie课题组开发了一种适应极端环境的多模态摩擦电传感器,能够检测超出人类感知范围的压力/温度。基于摩擦纳米发电机技术,设计了一种能够独立输出双信号的不对称结构,以提高感知灵敏度。通过将信号和刺激转换为特征矩阵,实现了对复杂物体(识别率为 94%)和高温温度下温度的平行感知。所提出的多模态摩擦电触觉传感器代表了最大检测范围和快速响应的进步,实现了人体皮肤高温感应的上限(60°C),工作温度为 200 °C。所提出的自供电多模态传感系统为人/机器人/环境交互应用提供了更广泛的可能性。


文章解析

图1:仿生摩擦电传感器的示意图。a 撒哈拉银蚁的神经系统,用于高温下压力和温度的双峰信号。b 摩擦电传感器感知的信号,用于机器学习以识别物体。

图2:超越人类触觉感知的极端环境自适应压力/温度响应摩擦电传感器。用于人机交互的摩擦电传感器示意图。b 传感器的详细结构,T-TENG和P-TENG是指温度传感器和压力传感器。c 传感器的耐高温性和灵敏度。d 传感器对压力/温度的响应原理示意图。

图3:压力感应。摩擦电传感器的制备过程示意图及性能。


图4:温度感应。温度传感器的结构及其性能。

图5:压力-温度去耦和双模态传感在单个摩擦电传感器中。

图6:高温环境下的触觉感知。a 触觉感知示意图,插图显示了集成到机器人手中的传感器的光学图像。b 用于远程控制和识别物体的机械手示意图(A、B、C、D 和 E 分别代表拇指、食指、中指、无名指和小指)。c 带有集成摩擦电传感器的机械手,用于在复杂环境中识别物体的形状和温度。d 基于摩擦电信号和深度学习的智能触觉传感系统。


读后感

作者展示了一种摩擦电触觉传感器,它可以在极端环境中响应超出人类触觉感知范围的压力/温度。该触觉传感器基于摩擦纳米发电机技术,采用高温下稳定的纤维素摩擦电材料,并设计了可独立输出双信号的不对称结构,实现高温环境下的多重刺激响应。该器件无需外部电源即可实现实时数字响应,并且尺寸可切换的特点有利于可扩展的集成。结合机器学习技术可以进一步准确识别高温环境中物体的形状和温度。

【参考文献】

https://www.nature.com/articles/s41467-024-55771-0#Sec8

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