科技日报北京8月28日电(记者张)受折纸的启发,美国南加州大学工程学院的研究人员创造了一种新的传感器,可用于检测器官的微小变形和预测疾病,以及可穿戴设备和柔性机器人。这篇论文发表在最新一期的《科学进展》上。
该论文的通讯记者、南加州大学航空航天、机械工程和生物医学工程助理教授赵航波指出,创造一种即使在测量大的动态变形时也能显著拉伸、快速响应并提供准确读数的传感器是一个巨大的挑战。
目前的拉伸应变传感器大多采用橡胶等柔性材料,但反复使用后,材料特性可能发生不可逆的变化,导致变形检测相关指标不可靠。
因此,研究人员设计了一种新的传感器结构。受折纸的启发,坚硬的材料被折叠起来,面板的每一边都有电极。人们可以把传感器想象成一本上下颠倒的打开的书,封面和封底各有两个电极。当电极展开时,可以捕捉到电极之间的电场强度,团队开发的模型将这一读数转换为测量值,以捕捉变形幅度。
新的传感器可以拉伸到原来的三倍,即使重复使用,它也具有很高的传感精度。此外,该传感器具有非常快的响应速度,可以在不到22毫秒的时间内检测到非常小的区域(约5平方毫米)的变形,还可以检测不同方向的应变。
研究人员表示,这种传感器可以精确测量复杂和大规模的变形,也可以用于感知柔性机器人的运动,跟踪人类关节的运动,甚至监控膀胱等器官,以确定可能预示疾病的异常情况。
[主编]
随着柔性可穿戴设备的发展,可拉伸应变传感器的作用越来越重要。一般来说,它测量的是机械变形转化而来的电信号,应用于人机交互、健康监测等领域。然而,橡胶这种传统的可拉伸应变传感器材料难以承受长期反复使用,影响了传感器的精度。在这篇论文中,研究人员设计了一种折纸创新结构,配合一种特殊的模型,将电场强度转化为形变幅度的测量值。这种新型传感器可以描述更大、更复杂的运动变形,在医疗卫生领域具有巨大的潜力。
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