哈佛大學(xué)研發(fā)可嵌入紡織品和軟機(jī)器人的智能傳感器

　　哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院和威斯生物啟發(fā)工程學(xué)院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種超靈敏，彈性極強(qiáng)的應(yīng)變傳感器，該傳感器可以嵌入紡織品和軟機(jī)器人系統(tǒng)中。

　　這項研究發(fā)表在《 自然》上。

　　SEAS和Wyss研究所材料科學(xué)與機(jī)械工程研究助理，論文的第一作者Oluwaseun Araromi說：“當(dāng)前的軟應(yīng)變儀確實很敏感，但也很脆弱?！?“問題在于我們正在以一種矛盾的形式工作-高靈敏度傳感器通常非常脆弱，而非常強(qiáng)壯的傳感器通常并不十分敏感。因此，我們需要找到能夠為我們提供足夠的每種特性的機(jī)制。”

　　最后，研究人員創(chuàng)建了一個外觀和行為非常類似于Slinky的設(shè)計。

　　“ Slinky是由剛性金屬制成的實心圓柱體，但是如果將其圖案化為這種螺旋形狀，則可以拉伸，” Araromi說?！斑@基本上就是我們在這里所做的。我們從一種剛性的松散材料開始，在這種情況下是碳纖維，然后對其進(jìn)行構(gòu)圖，以使該材料變得可拉伸?！?/p>

　　這種圖案被稱為蛇形蜿蜒曲折，因為其劇烈的起伏類似于蛇的滑行。然后將圖案化的導(dǎo)電碳纖維夾在兩個預(yù)應(yīng)變的彈性基底之間。

　　傳感器的總電導(dǎo)率會隨著圖案化碳纖維的邊緣彼此不接觸而發(fā)生變化，類似于拉動兩端時，緊身褲的各個螺旋彼此不接觸。即使應(yīng)變很小，也會發(fā)生此過程，這是傳感器高靈敏度的關(guān)鍵。

　　與當(dāng)前的高靈敏度可拉伸傳感器依靠硅或金納米線等奇特的材料不同，該傳感器不需要特殊的制造技術(shù)，甚至不需要潔凈室。可以使用任何導(dǎo)電材料制成。

　　研究人員通過用手術(shù)刀刺傷傳感器，用錘子敲擊，用汽車撞過去并扔進(jìn)洗衣機(jī)十次來測試傳感器的彈性。傳感器毫不費力地從每次測試中生存下來。

　　SEAS的研究生Moritz Graule展示了帶有嵌入式傳感器的織物手臂套。

　　Oluwaseun Araromi /哈佛大學(xué)SEAS

　　為了證明其敏感度，研究人員將傳感器嵌入到織物臂套中，并要求參與者用不同的手勢進(jìn)行動作，包括拳頭，手掌張開和捏捏動作。傳感器通過織物檢測到受試者前臂肌肉的細(xì)微變化，并且機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠成功地對這些手勢進(jìn)行分類。

　　“這些彈性和機(jī)械堅固性的特點使該傳感器進(jìn)入了一個全新的陣營，” Araromi說。

　　從虛擬現(xiàn)實模擬，運動服到帕金森氏病等神經(jīng)退行性疾病的臨床診斷，這樣的袖子可用于各種場合。

　　哈佛大學(xué)技術(shù)開發(fā)辦公室已申請保護(hù)與該項目相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)。

　　SEAS的查爾斯河工程與應(yīng)用科學(xué)教授，該研究的資深作者羅伯特伍德說：“高靈敏度和彈性的結(jié)合是這種傳感器的明顯好處。但是，使該技術(shù)與眾不同的另一個方面是組成材料和組裝方法的低成本。這有望減少在智能紡織品及其他領(lǐng)域普及該技術(shù)的障礙?！?/p>

　　SEAS的Paul A. Maeder工程與應(yīng)用科學(xué)教授，該研究的合著者Conor Walsh說：“由于它與人體的緊密界面，我們目前正在探索如何將該傳感器整合到服裝中。這將使人們一整天都能進(jìn)行生物力學(xué)和生理學(xué)測量，從而實現(xiàn)令人興奮的新應(yīng)用，而當(dāng)前的方法是不可能的。”