水下環(huán)境感知對機器人操作至關重要。由于柔性傳感器能夠適應各種形狀和表面，因此在深海生物捕獲、環(huán)境檢測和機械操作等科學應用中具有廣泛的應用前景。然而，面對復雜的水下環(huán)境，實現(xiàn)水下柔性傳感器以滿足眾多水下應用的需求仍是一項重大挑戰(zhàn)。本文，中國科學院沈陽自動化研究所郭洪吉等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“A Nanocrack-Based Graphene/PDMS-Encapsulated Medical Tape Flexible Sensor for Motion Detection of Underwater Robots”的論文，受仿生結構啟發(fā)，如蝎子腿關節(jié)和荷葉表面，提出了一種基于石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性應變傳感器，其敏感性基于納米裂紋效應。

該醫(yī)用膠帶納米裂紋基傳感器展現(xiàn)出高靈敏度（GF = 1.98）、高疏水性（接觸角 = 133°）及彎曲循環(huán)穩(wěn)定性（5000次循環(huán)測試后ΔR/R0 < 0.2）。此外，該傳感器可應用于機器人手部實現(xiàn)精準姿態(tài)監(jiān)測與交互感知。本研究成果為水下柔性傳感提供了創(chuàng)新解決方案，對提升水下機器人及其他相關海洋領域的操作靈活性具有重要潛力和應用價值。

圖文導讀

圖1、納米裂紋敏化石墨烯/PDMS 封裝醫(yī)用膠帶柔性應變傳感器的制造工藝。

圖2. 在醫(yī)用膠帶上制造納米裂紋。

圖3、不同濃度石墨烯/PDMS 的形態(tài)特征。

圖4. NbG/PeMT 在水浸后發(fā)生變化。

圖5. 納米裂紋敏化石墨烯/PDMS 封裝的醫(yī)用膠帶柔性應變傳感器的性能測試圖像。

圖6、NbG/PeMT集成到機械手食指的近端手指關節(jié)中。

圖7. NbG/PeMT的應用集成了機械手，用于不同的手勢識別。

小結

一種基于納米裂紋的石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝醫(yī)療膠帶柔性傳感器用于水下機器人姿態(tài)檢測的新型方法已被提出。該傳感器的制造過程簡單，適合大規(guī)模生產。其設計包括醫(yī)療膠帶基底、作為電極的納米裂紋金（Au）層，以及用于封裝的石墨烯/PDMS層。實驗結果表明，基于納米裂紋的石墨烯/PDMS封裝醫(yī)療膠帶傳感器應變測量范圍可達30%，靈敏度為GF 1.98。經過5000次疲勞測試后，傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定重復性。機器人手指姿態(tài)監(jiān)測實驗證實了該傳感器對水下機器人手部運動狀態(tài)的實時監(jiān)測能力。綜上所述，我們提出了一種水下柔性傳感器的封裝方法。本文提出的NbG/PeMT傳感器具有高線性靈敏度、寬測量范圍、簡單結構和良好重復性，使其在水下機器人姿態(tài)監(jiān)測及其他相關海洋領域具有廣闊應用前景。

文獻：

https://doi.org/10.1002/admt.202500620

來源：材料分析與應用