在當今科技與工程應用中,柔性傳感器因其卓越的柔韌性、延展性以及對機械刺激的準確感知,逐漸成為機器人觸覺和健康醫療領域的關鍵技術。然而,隨著對傳感器性能要求的不斷提高,僅僅基于壓覺的單一觸覺功能已無法滿足應用的日益增長的需求。團隊近幾年專注于研究開發多功能和多模態的柔性傳感器,致力于解決目前在傳感器結構尺寸和功能方面的限制,以更好地滿足柔性傳感器的應用要求。我們的目標是推動柔性傳感技術的創新,為機器人、醫療設備等領域的發展提供有力支持。
團隊近年來專注于多功能柔性傳感技術的開發,并努力推動該技術在機器人智能裝配領域以及健康醫療領域的發展。
在智能裝配領域,工業機器人與零件之間的對準操作及操作靈巧程度高度依賴于傳感器件。本團隊采用3D打印技術制備了一種接近-觸覺雙模傳感陣列,可以幫助機器人感知零件的空間位置以及接觸交互信息。對多維力信息的靈敏感知是工業機器人能夠靈活地操縱零部件的關鍵。本團隊提出了一種離電式柔性三軸力觸覺傳感器及其制備方法,可兼備法向力與切向力感知功能,并創新性的采用超電容電解質作為感知活性層,通過其離電效應提供的超高電容密度,大幅度提高了傳感器的靈敏度,實現了對三維力信息的靈敏檢測。在健康醫療領域,柔性傳感器件由于其與表皮良好的貼合能力可用于實時健康監測。本團隊公布了一種檢測應變、溫度及濕度的傳感器件及其制備方法,利用可延展傳感結構以及不同敏感材料的獨立配置方式,實現對表皮溫度、濕度以及應變信息的精確采集,并降低了傳感器間的互耦串擾。
在上述研究基礎上,本團隊同時公布了幾種無線傳輸柔性器件的制備方法,這類方法可拓展到上述多功能柔性觸覺器件,為無線多功能柔性觸覺器件的發展及成果轉化提供理論和技術基礎。
(1)柔性傳感器技術。圍繞傳感器集成度、靈敏度和抗干擾性能的提升,以工程結構力學、材料科學、微電子學等學科相互交叉、滲透,團隊提供了柔性傳感器敏感理論、設計方法和檢測應用等共性關鍵技術。
(2)傳感器的多功能化。團隊針對機器人觸覺及健康醫療領域對柔性傳感器件的多功能化需求,研究了一系列多功能感知如近覺-觸覺、壓力-剪切力、壓力-溫度-溫度、濕度-應變的柔性傳感器。
(3)微納表征與測試技術。針對傳感器動態服役條件下特性漂移的問題,以原位電鏡(SEM 和TEM)為技術手段,解決了功能器件宏/微觀尺度下的力、電、熱耦合測試難題。
(4)傳感器件的無線集成技術。與同類觸覺傳感器相比,本團隊公布的柔性觸覺傳感器兼具多種感知功能和無線傳輸的優勢,為柔性傳感器件在物聯網領域的應用提供技術支持。
概念驗證、原理樣機
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