哈佛研究人員開發可水洗、有彈性且高敏銳性的智能紡織品感測器

2020/12/17
感測器可以被水洗及抵禦輕微的撞擊,用於運動服及神經退行性疾病(如帕金森氏病)有關的臨床診斷。

當前可用的感測器通常具有高敏銳性或高彈性,但不能同時具有兩者。最近,哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院和威斯生物工程學院的研究人員已經開發出一種超靈敏,彈性極強的應變感測器,該感測器可以嵌入到紡織品中,可以被水洗及抵禦輕微的撞擊,用於運動服及神經退行性疾病(如帕金森氏病)的臨床診斷的所有方面。

 

這項研究發表在《Nature》上。

 

 

 

智能感測器的Slinky結構設計

感測器的外觀和行為非常類似Slinky的設計。論文的第一作者Araromi表示," Slinky是由剛性金屬製成的實心圓柱體,但是如果將其圖案化為這種螺旋形狀,則可以拉伸。我們從一種剛性的鬆散材料開始,在這種情況下是碳纖維,然後對其進行構圖,以使該材料變得可拉伸。"

 

這種圖案被稱為蛇形蜿蜒曲折,因為其劇烈的起伏類似於蛇的滑行。然後將圖案化的導電碳纖維夾在兩個預應變的彈性基底之間。

 

感測器的總電導率會隨著圖案化碳纖維的邊緣彼此不接觸而發生變化,即使很小的應變也會發生此過程,這是傳感器具有高靈敏度的關鍵。

 

與當前的高靈敏度可拉伸感測器依靠矽或金納米線等奇特的材料不同,該感測器不需要特殊的製造技術,甚至不需要潔淨室。可以使用任何導電材料製成。這種超靈敏的彈性應變感測器可以嵌入紡織品和軟機器人系統中。

 

 

研究人員通過用手術刀刺傷感測器,用錘子敲擊,用汽車撞過去並扔進洗衣機十次來測試感測器的彈性。感測器毫不費力地從每次測試中出現。

 

高靈敏度演示

為了證明其靈敏度,研究人員將感測器嵌入到織物臂套中,並要求參與者用不同的手勢進行動作,包括拳頭,手掌張開和捏捏動作。該感測器通過面料檢測到拍攝物件的前臂肌肉的微小變化和機器學習演算法能夠成功地歸類這些手勢。

 

 

 

 

SEAS的研究生展示了帶有嵌入式感測器的織物手臂套。感測器檢測穿過織物的Graule前臂肌肉的細微變化。這種套管可以用於運動服及神經退行性疾病(如帕金森氏病)的臨床診斷的所有方面。

 

資料來源:3xmaker合越智能、ScienceDaily