皮肤指尖传感器诞生 记录工匠技艺成为可能
一个不易察觉的薄传感器可以记录手指的移动和触摸。利用这项技术,科学家可以记录手工艺人或外科医生的手部动作,以训练机器完成任务。
来源 东京大学
翻译 阿金
审校 戚译引
研究人员开发了一种超薄压力传感器,可以直接附着在皮肤上。该传感器可以测量手指和物体之间的相互作用,并产生有助于医学和技术应用的有效数据。而且对用户手指的灵敏度和抓取物体的能力影响不大,也耐摩擦。该团队希望他们的传感器可以用于一项新颖的任务,——,以数字方式记录工匠的技能。
出于许多原因,研究人员希望记录手和手指的运动以及其他物理细节。我们的手是最原始的工具,可以直接接触和操纵物质,与当前环境互动。它可以通过记录双手执行各种任务的方式,帮助体育、医学、神经工程和其他领域的研究人员。
但是捕捉这些数据并不容易。“我们的指尖极其敏感,敏感到即使只有百万分之几米厚的超薄塑料片也能影响人的感受。”东京大学萨默亚团队的讲师李成勋说:“所以手指用的可穿戴传感器必须非常薄和轻。然而,这显然使传感器非常脆弱,容易因摩擦或重复的物理作用而损坏。为了克服这个问题,我们创造了一种特殊的功能材料,它又薄又多孔,被称为纳米网格传感器。”
Lee和他的团队已经制备了两种适用于传感器的层状材料,这两种材料都是通过电纺制成的,类似于蜘蛛网编织的过程。第一层材料是聚氨酯绝缘纤维网,厚度为200-400纳米,只有人发厚度的五分之一。第二层材料是模板状的丝网,它构成了传感器的功能电子元件。由黄金制成,由聚乙烯醇框架支撑(聚乙烯醇常用于隐形眼镜)。材料准备好后,可以洗掉,只留下被支撑的金材料的痕迹。多层材料结合起来形成一个可用的压力和运动传感器。
“在18名受试者的帮助下,我们对传感器进行了一系列严格的测试。”李说,“他们证实,与不戴传感器执行任务相比,戴传感器根本感觉不到它的存在,也不影响通过摩擦抓取物体的能力,也不影响手指的敏锐感知。这个结果正是我们所希望的。”
这是世界上首次成功演示指尖传感器不会影响皮肤敏感度。此外,在用100千帕(相当于一个大气压)的力摩擦表面300次后,传感器仍然可以保持其作为压力传感器的性能而不会损坏。该团队希望看到该设备的一种新颖的应用形式:通过数字手段记录艺术家或高级外科医生的精湛技艺。如果这些过程能被记录下来,机器就能被训练以前所未有的高逼真度完成任务。
论文信息
[论文标题]纳米网状压力传感器,用于在没有传感器干扰的情况下监控手指操作
[作者]成勋李,赛富兰克林,费泽阿哈萨尼,等。
[已发布]2020年11月20日
【出版期刊】科学
[论文链接]
https://science.sciencemag.org/content/370/6519/966.full
[论文编号] 10.1126/science.abc9735
【论文摘要】在不干扰固有功能的情况下监控手指操作对于理解自然触觉至关重要。然而,磨损或附着的传感器会影响皮肤的自然感觉。我们开发了纳米网压力传感器,可以监测手指压力,而不会对人类感觉产生可检测的影响。对传感器对人类感觉的影响进行了定量研究,应用传感器的手指表现出与裸手指相当的握力,即使附着2微米厚的聚合物膜导致摩擦力调整后握力增加14%.同时,该传感器对超过数百千帕的循环剪切和摩擦表现出极高的机械耐久性。
点个"在看",分享给更多的小伙伴