最新電子皮膚的觸覺有多靈？連空氣流動(dòng)都能感受到
具有指紋微結(jié)構(gòu)，可用于可穿戴設(shè)備等
你知道電子皮膚嗎？
它可以讓安裝假肢的人恢復(fù)觸覺；
讓機(jī)器人體會(huì)拿起一個(gè)蘋果或杯子所需的力量差異；
將它與智能手表和腕帶等結(jié)合，還可實(shí)現(xiàn)“智能把脈”……
可謂用處多多！
而如何讓電子皮膚感受不同物體表面的差異，摸出不同粗糙度的那種，一直是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
相關(guān)研究的最新進(jìn)展來自中國科學(xué)院上海高等研究院，研究人員設(shè)計(jì)出了一種基于碳材料、具有指紋微結(jié)構(gòu)的3D打印電子皮膚。
該皮膚可以精確檢測壓力，摸出物體表面微米級別的差異！
甚至連空氣的流動(dòng)都不放過！
成果已發(fā)表在綜合性材料期刊ACS Applied Materials & Interfaces。
PDMS微球+石墨烯的創(chuàng)意組合
這個(gè)電子皮膚的材料由聚二甲基硅氧烷（PDMS）微球與石墨烯組成。
除此之外，研究人員受到人類指紋的啟發(fā)，將它賦予了指紋微結(jié)構(gòu)。
△ 指紋微結(jié)構(gòu)電子皮膚由基底層、電極和傳感器層等組成
制作過程如下：
首先將PDMS加水進(jìn)行乳化、離心和固化制成PDMS微球?（microspheres），與石墨烯混合。
其中，使用未交聯(lián)PDMS-石墨烯混合液態(tài)先驅(qū)液包覆微球。
然后將混合溶液充分?jǐn)嚢?，得到均勻的凝膠狀油墨。
接著用3DMAX建好具有指紋結(jié)構(gòu)的觸覺傳感器模型。
最后，使用打印機(jī)在2分鐘之內(nèi)打印出一張高為0.3mm、直徑為20mm的實(shí)體，再經(jīng)過60°C的高溫固化5個(gè)小時(shí)，一張“電子皮膚”就完成了！
這個(gè)新型電子皮膚的效果如何？
研究人員進(jìn)行了力學(xué)性能測試、10μm/s加載速度的壓力傳感測試以及摩擦測試等等。
可摸出物體表面微米級別的差異
首先來關(guān)注它能否區(qū)分微觀結(jié)構(gòu)下不同粗糙度的物體表面。
下圖（a）為顯微鏡下4個(gè)不同激光紋理表面樣本，單位：μm，（d）為人類手指對該4個(gè)樣本的觸覺反應(yīng)：
使用以下裝置和操作對該電子皮膚的粗糙反應(yīng)度進(jìn)行測試：
可以發(fā)現(xiàn)，該電子皮膚可以精確區(qū)分不同粗糙度的物理表面：
△ 左為不同粗糙度的激光毛化表面在外加壓力作用下的摩擦力，右為不同摩擦力作用下的阻力變化
除此之外，該電子皮膚還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、拉伸能力強(qiáng)?。簜鞲袑拥纳扉L率可達(dá)70%。不過隨著石墨烯含量的增加，該性能會(huì)下降；
2、響應(yīng)時(shí)間短：60ms的瞬時(shí)響應(yīng)；
3、靈敏度高：隨著壓力的降低（2.9kPa到0.18kPa），該皮膚的靈敏度從0.55kPa? 1增加到2.4kPa? 1?。
這表明該皮膚有在低壓下進(jìn)行壓力傳感的潛力，比如感受人類皮膚的光觸覺。
4、風(fēng)荷實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在風(fēng)速為1m/s的流體環(huán)境中，該傳感器還能有效地“觸摸”到氣體和其他流體的變化。
以上表明，這個(gè)基于PDMS微球和石墨烯所構(gòu)建的電子皮膚，不僅可以用于對不同粗糙度表面的檢測，還可用于氣流監(jiān)測、聲音檢測等。
最后，研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)工作為電子皮膚的研究提供了新思路，也可應(yīng)用于可穿戴設(shè)備的傳感設(shè)計(jì)。
論文地址：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c04079
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