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濟(jì)南大學(xué)、山東大學(xué):研究形貌工程基電容式觸覺(jué)傳感器

傳感器專(zhuān)家網(wǎng) ? 來(lái)源:柔性傳感器 ? 作者:柔性傳感器 ? 2025-02-20 11:30 ? 次閱讀
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研究背景 柔性電容式觸覺(jué)傳感器作為智能時(shí)代的新興產(chǎn)物,在機(jī)器人、元宇宙、物聯(lián)網(wǎng)等前沿領(lǐng)域備受關(guān)注。然而,在智能化進(jìn)程不斷演進(jìn)的背景下,開(kāi)發(fā)出能夠媲美甚至超越人體皮膚感知能力的電容式觸覺(jué)傳感器始終是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此,一系列致力于提高電容式觸覺(jué)傳感器性能的策略應(yīng)運(yùn)而生,其中將形貌結(jié)構(gòu)引入活性層是最有效的。鑒于此,基于形貌工程技術(shù)的電容式觸覺(jué)傳感器得到了大量的研究和關(guān)注,使得各種形貌工程技術(shù)的快速發(fā)展逐漸形成了“百家爭(zhēng)鳴”的態(tài)勢(shì)。因此,全面的綜述對(duì)于基于形貌結(jié)構(gòu)的電容式觸覺(jué)傳感器及其工程技術(shù)提供有價(jià)值的指導(dǎo)至關(guān)重要。 研究成果 然而,以前的綜述主要集中在與新材料和前沿應(yīng)用相關(guān)的討論,沒(méi)有對(duì)形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程技術(shù)進(jìn)行更有針對(duì)性、更深入和全面的總結(jié)。近日,濟(jì)南大學(xué)牛閎森/高嵩/岳文靜、山東大學(xué)李陽(yáng)在Applied Physics Reviews上發(fā)表了題為“Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors”的綜述文章(DOI: 10.1063/5.0230470)。本綜述重點(diǎn)介紹了基于形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工程技術(shù)的電容式觸覺(jué)傳感器的最新進(jìn)展,以及它們?cè)谥悄芟到y(tǒng)中的應(yīng)用。特別是,全面回顧了用于構(gòu)建電容式觸覺(jué)傳感器的最具代表性的形貌結(jié)構(gòu)(單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)、三維多孔結(jié)構(gòu)、纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu))和衍生的形貌工程技術(shù)(模板轉(zhuǎn)移、靜電紡絲、磁輔助和溶液合成)。此外,系統(tǒng)地總結(jié)了通過(guò)將當(dāng)前尖端技術(shù)(例如,數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)和人工智能算法)與電容式觸覺(jué)傳感器相結(jié)合的智能系統(tǒng)。最后,詳盡闡述了當(dāng)前基于形貌工程的電容式觸覺(jué)傳感器及其智能系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn),并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)提供了重要的見(jiàn)解。濟(jì)南大學(xué)牛閎森副教授和山東大學(xué)李浩博士為共同第一作者,濟(jì)南大學(xué)高嵩教授/岳文靜副教授、山東大學(xué)李陽(yáng)教授為共同通訊作者。 圖文簡(jiǎn)讀 wKgZO2e0YT-AZ0pvAARuY50jbaU836.png圖1通過(guò)VOSviewer對(duì)“觸覺(jué)傳感器”研究和綜述文章中的關(guān)鍵詞進(jìn)行文獻(xiàn)計(jì)量分析 wKgZO2e0YUCAPrYlAAY-Zq6I9zA470.png

2基于形貌工程的代表性電容式觸覺(jué)傳感器的發(fā)展時(shí)間表

wKgZO2e0YUCAC8G_AAHv8u8hWPY082.png圖3綜述整體概述 wKgZO2e0YUGAECeqAAI1bCuSU48813.png

4電容式觸覺(jué)傳感器的工作原理

wKgZO2e0YUGALob2AAQkWMB8WMM696.png圖5單層結(jié)構(gòu):均勻分布 wKgZO2e0YUOAA3P7AAVSSRwdbZU318.png6單層結(jié)構(gòu):隨機(jī)分布 wKgZO2e0YUOAJyFMAAU0b5pVzCo851.png圖7多層結(jié)構(gòu):互鎖 wKgZO2e0YUSAAeVBAAQ2rfefazY191.png圖8多層結(jié)構(gòu):堆疊 wKgZO2e0YUWAe9JSAAQNMjEXAus038.png圖93D多孔結(jié)構(gòu) wKgZO2e0YUaAHXHbAAR2toGQBQ4517.png

10纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

wKgZO2e0YUeASHMZAAReWeHcgjc892.png

11層次結(jié)構(gòu)

wKgZO2e0YUiASZ8YAALNveetJIM188.png圖12模板轉(zhuǎn)移技術(shù) wKgZO2e0YUiAXBkiAALJ2SgDCl8588.png圖13模板轉(zhuǎn)移技術(shù) wKgZO2e0YUmAdqbTAANRYeoC_m0425.png

14形貌結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

wKgZO2e0YUmAPP-lAATt8P7dsVg922.png

15先進(jìn)傳感陣列系統(tǒng)

wKgZO2e0YUqAFKnGAASUGymKGDo729.png

16先進(jìn)人機(jī)交互系統(tǒng)

wKgZO2e0YUuAV2h-AARW3675km0217.png

17先進(jìn)智能感知系統(tǒng)

總結(jié)與展望

展望未來(lái),盡管基于形貌工程的電容式觸覺(jué)傳感器在觸覺(jué)感知領(lǐng)域取得了重大進(jìn)步,但仍然存在巨大的挑戰(zhàn),特別是在以下方面(圖 18): wKgZO2e0YUuAJv3rAAS9CYfe5zo992.png

18基于形貌工程的電容式觸覺(jué)傳感器的前景與挑戰(zhàn)

綜上所述,基于形貌工程的電容式觸覺(jué)傳感器目前正處于快速演進(jìn)階段,其眾多類(lèi)型的形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅限于觸覺(jué)傳感領(lǐng)域,還為光電探測(cè)器、超表面、結(jié)構(gòu)濾色器、生物細(xì)胞培養(yǎng)、微流控、超級(jí)電容器和太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域提供了新的機(jī)遇和前景。此外,隨著智能化進(jìn)程的不斷發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破,基于形貌工程的電容式觸覺(jué)傳感器及其先進(jìn)的智能系統(tǒng)將迎來(lái)新一輪的技術(shù)變革,為下一階段的人工智能飛躍奠定基礎(chǔ)。 文獻(xiàn)鏈接: Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors

審核編輯 黃宇

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