Takao Someya觸若無感的高精度力學傳感器

  對人體自身動作的研究 ，對於假肢研究 、人機交互等領域有重大意義 。但在人體的動作研究過程中 ，力學傳感器則是研究的關鍵 。現階段的力學傳感器 ，在測量手的抓握行為時 ，會使得手指觸覺上的偏差 ，因此導致手指抓握力測量上產生較大的偏差 。 ，需要將傳感器放在指尖 ，這些傳感器會幹擾手指 、影響手指施加的力 ，導致無法精確再現自然觸覺 。目前 ，在不損失任何觸摸感覺的情況下監測手指觸摸過程是最大的挑戰 。傳統的傳感器 ，乃至超薄傳感器都會不同程度的降低觸覺 ，使得測量結果產生偏差 ，不能真實的反應手指的觸覺 。柔性電子大牛 ，日本東京大學Takao Someya團隊基於電紡納米纖維 ，開發出了超級靈敏的電容式納米網絡壓力傳感器 ，可以準確的監測手指壓力 ，並且不會對人產生感官影響 。相關論文以“Nanomeshpressure sensor for monitoring finger manipulation without sensory interference”為題 ，於11月20日發表在《Science》上 。

納米網絡壓力傳感器的結構

  為了保證傳感器不會影響手指上的觸覺 ，因此傳感器輕薄柔軟的特性是成敗的關鍵 。Takao Someya團隊采用了納米級別的靜電紡絲技術 ，采用了聚氨酯等柔性材料 ，保證了製作出的傳感器的輕薄特性和柔軟程度 。聚對二甲苯塗層可以提高柔性力學傳感器的靈敏度（壓力低於1kPa時靈敏度為0.141kPa-1 ，高於10kPa時靈敏度為0.01kPa-1） ，而金納米網絡則保證了電信號的傳輸 。該力學傳感器為典型的電容器結構 ，整體結構分為四層 ，分別為嵌入納米網絡的聚氨酯鈍化層 、頂部金納米網絡電極層 、塗有聚對二甲苯塗層的聚氨酯納米網絡中間層 ，底部金納米網絡電極層 。該傳感器主要通過形狀的改變使得傳感器整體電容的變化 ，以此反應力的大小 。

優良的結構穩定性

  在傳感器的製備過程中 ，納米金網的形成利用了PVA納米纖維作為犧牲材料 ，因此納米金網與中間層有優良的結合力 。以19.6 kPa的壓力進行1000次循環測試後 ，其電容性能下降不到0.15％（電容變化在第一個周期為0.658 ，在第1000個周期為0.659） 。除此之外 ，頂部Au納米網絡電極在重複循環施壓過程中 ，導電性幾乎沒有變化 。這些性能參數足以證明該傳感器優良的結構穩定性 ，保證了在應用過程中的可重複性和性能穩定性 。

對手指觸覺無影響

  本文定量研究了傳感器對人的觸覺的影響 ，通對比在手指上貼上傳感器與裸露的手指的抓握力 ，貼上傳感器與裸露手指相差無幾 。而在貼了2微米厚的力學傳感器後 ，手指的抓握力還增加了14％ 。

總結

  Takao Someya團隊通過納米靜電紡絲技術 ，製作出了一種超薄輕柔的力學傳感器 。通過一係列研究 ，驗證了其對手指觸覺的影響微乎其微 ，這一性能使得該傳感器在人體動作研究中有十分廣闊的應用前景 ，對人體仿生學領域具有十分重大的意義 。

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