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可拉伸摩擦电-光智能皮肤

智能皮肤作为仿生机器人与外部环境之间的媒介,需要具备可拉伸性和触觉传感特性,以及测量多种外部机械刺激的能力。近年来,已有多种基于压力传感器的智能皮肤被开发应用于触觉传感,但由于缺少可拉伸性和横向拉伸传感的特性,大大限制了这些人造智能皮肤的功能和应用。此外,一些动物皮肤可以通过改变颜色和发光强度进行交流和伪装,所以具备可调节的光学特性对于智能皮肤也具有重要意义。



近日,中科院北京纳米能源与系统研究所张弛研究员和王中林院士领导的科研团队研发了一种可拉伸的摩擦电-光智能皮肤(STPS),它能为机械手提供多维度的触觉和手势传感。据介绍,STPS基于仿生皮肤褶皱的光栅结构薄膜,可以在不同的横向拉伸应变下表现出可调的聚集诱导发光(AIE)。

(a)STPS的制备流程;(b)STPS的结构图;(c)STPS用于机械手的示意图;(d)AIE复合物的化学结构图;(e)AIE复合物在不同浓度THF-水溶液中的光致发光(PL)光谱;(f)固态AIE复合物的PL光谱


(a)STPS基于光栅结构金属薄膜的可调PL原理;(b)在365 nm紫外光照射下,不同拉伸应变状态STPS的发光图;(c)不同拉伸应变下光栅结构金属薄膜的光学显微镜图;(d)光栅结构金属薄膜的裂纹宽度随拉伸应变的变化关系


同时,STPS也可以作为摩擦纳米发电机(TENG),将开路电压用于纵向压力传感,并且在不同的拉伸条件下压力传感特性保持稳定。通过将STPS集成在机械手上作为共形的覆盖层,STPS表现出多维度的触觉传感和手势翻译特性。这种耦合了摩擦电与光激发的多功能传感终端,将在人机交互、软体机器人和人工智能等领域具有广泛的应用前景。研究成果发表在Advanced Materials上。


(a)集成在机械手食指上STPS的实物图以及不同关节弯曲时的发光图;(b)不同弯曲状态下三个关节处光电流的变化以及同步的由触摸引起的开路电压的变化;(c)手势“OK”的三维PL强度图;(d)不同触摸状态下STPS的开路电压

(来源:材料牛)

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