據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院醫(yī)工所微創(chuàng)中心研究員王磊、副研究員李暉團隊，在利用波浪形微通道設(shè)計改善基于液態(tài)金屬的柔性應(yīng)變傳感器遲滯性、響應(yīng)時間和靈敏度方面的研究取得新進展。相關(guān)研究成果以“Superelastic, Sensitive, and Low Hysteresis Flexible Strain Sensor Based on Wave-Patterned Liquid Metal for Human Activity Monitoring”為題，發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

柔性應(yīng)變傳感器已成為未來智能設(shè)備發(fā)展的重要研究方向，在人機交互、電子皮膚和運動監(jiān)控等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，柔性應(yīng)變傳感器已廣泛用于可穿戴電子設(shè)備中以獲取人體物理參數(shù)，但無論傳感材料的可拉伸性如何，小應(yīng)變變化的分辨率不足或加載/卸載狀態(tài)之間的滯后現(xiàn)象，限制了這些傳感器的各種應(yīng)用。基于此，深圳先進院微創(chuàng)中心醫(yī)學(xué)微系統(tǒng)團隊通過將液態(tài)金屬共晶鎵銦（EGaIn）嵌入到波浪形微通道柔性基底中，開發(fā)出一種微流體柔性應(yīng)變傳感器，其新型波浪形設(shè)計抑制了微通道的粘彈性，提高了變形恢復(fù)能力，改善了遲滯性和響應(yīng)速度。

該柔性應(yīng)變傳感器可承受高達320％的應(yīng)變且能夠正常工作，波浪形結(jié)構(gòu)能夠有效抑制微通道的粘彈性，遲滯性從6.79％提高到1.02％。此外，通過延長波浪形微通道長度，同時傳感器的靈敏度（GF = 4.91）和分辨率得到提高，能夠檢測到低至0.09％的極微小應(yīng)變變化，響應(yīng)時間低至116ms。實驗驗證該柔性應(yīng)變傳感器能夠被用于人體和機器人的運動監(jiān)測，如手指、頸部、呼吸胸腔和機器人關(guān)節(jié)的不同運動狀態(tài)等，在可穿戴電子、運動識別、醫(yī)療健康和軟體機器人方面具有應(yīng)用前景。

直線型微通道傳感器和波浪形微通道傳感器的響應(yīng)曲線對比。（a，c）直線型應(yīng)變傳感器和（b，d）波浪形應(yīng)變傳感器的相對電阻分別在縱向和橫向負載下的變化；（e）直線型應(yīng)變傳感器和波浪形應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)；（f）直線型應(yīng)變傳感器和波浪形應(yīng)變傳感器在連續(xù)分布加載實驗中的響應(yīng)曲線變化。

（a）增強的波浪形微流體應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)。（b）增強的波浪形微流體應(yīng)變傳感器表現(xiàn)出良好的適形性，柔韌性和可彎曲性。

增強的波浪形應(yīng)變傳感器作為可穿戴設(shè)備實時監(jiān)測人體和機器人的運動狀態(tài)。(a)人體手指彎曲/舒展時的信號響應(yīng)；(b)貼敷有傳感器的手指在抓取不同尺寸物體時的信號相對變化(1)燒杯(2)塑料杯(3)圓珠筆；（c）增強的波浪形傳感器在人體頸部彎曲和(d)胸腔呼吸等動態(tài)循環(huán)加載下的輸出信號變化。(e)集成在機器人運動關(guān)節(jié)上的柔性傳感器隨機器人不同運動狀態(tài)的響應(yīng)曲線。

李暉為論文通訊作者，研究助理陳靜為論文第一作者。研究工作得到科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)金和深圳市基礎(chǔ)研究等的支持。