當(dāng)今，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，傳感器技術(shù)得到了很大的發(fā)展。傳感器作為機(jī)器人的感官元件，對(duì)機(jī)器人的作用越來越大了。隨著機(jī)器人的發(fā)展，機(jī)器人對(duì)傳感器的依賴程度也變得越來越高了。

最近的技術(shù)進(jìn)步已使越來越復(fù)雜的電子設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展成為可能。這些新技術(shù)中的部分，特別是可穿戴設(shè)備和軟機(jī)器人，需要或者可以說是依賴于包括傳感器、致動(dòng)器和超級(jí)電容器在內(nèi)的柔性電子組件。

中國(guó)鄭州大學(xué)和北京大學(xué)的研究人員最近開發(fā)了一種新型可拉伸和可壓縮的水凝膠應(yīng)變傳感器，可用于制造具有傳感功能的各種柔性或軟技術(shù)，包括健康追蹤器和機(jī)器人皮膚。該傳感器發(fā)表在《Macromolecular Materials and Engineering》上的論文中，易于制造且價(jià)格適中，因此非常適合大規(guī)模實(shí)施。

研究人員通過將碳納米纖維粉末(CFP)均勻分散在基于聚乙烯醇(PVA)的水凝膠中而制成。迄今為止，PVA由于其優(yōu)越的機(jī)械性能以及可生物降解的事實(shí)，已被證明對(duì)于柔性電子產(chǎn)品的開發(fā)具有很高的應(yīng)用前景。

通過將CFP分散在基于PVA的水凝膠中，研究人員能夠增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度并增加其電導(dǎo)率。他們采用了所謂的“凍融循環(huán)”方法，該方法需要反復(fù)冷凍和融化某種物質(zhì)。

發(fā)現(xiàn)由該方法生產(chǎn)的PVA / CFP水凝膠表現(xiàn)出寬的拉伸范圍(366%)和壓縮范圍(70%)。這使其成為開發(fā)高度靈活的電子產(chǎn)品的理想選擇，可以在保持最佳傳感能力的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行拉伸或壓縮。

“在1000次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中，PVA / CFP水凝膠的塑性變形低(拉伸和壓縮均<10%)，能量損失效率低(拉伸時(shí)為5.62%，壓縮時(shí)為12.13%)，并且機(jī)械性能穩(wěn)定強(qiáng)度和出色的敏感性，無論是拉伸到100%還是壓縮到50%應(yīng)變，”研究人員在論文中寫道。

除了相當(dāng)直接和有效之外，這種用于制造可拉伸和可壓縮傳感器的方法是低成本的，因此可以容易地?cái)U(kuò)大規(guī)模。此外，它還可以開發(fā)出高性能的傳感器，可以檢測(cè)各種人類行為或活動(dòng)。

例如，使用新的制造策略創(chuàng)建的傳感器可以準(zhǔn)確地檢測(cè)用戶何時(shí)彎曲或伸展其關(guān)節(jié)、呼吸和吞咽。他們還可以感知人類行走或移動(dòng)時(shí)壓力的變化。

研究人員在幾種情況下測(cè)試了它們的傳感器，將它們放在用戶的手腕上以檢測(cè)拳頭肌肉的張力，在喉嚨上以監(jiān)測(cè)吞咽，在胃上以檢測(cè)呼吸，或在鞋底下監(jiān)測(cè)用戶的步行行為。他們還使用相同的傳感器來檢測(cè)人的觸摸以及何時(shí)按下傳感器。

碳納米纖維聚合物水凝膠應(yīng)變傳感器已經(jīng)取得了令人鼓舞的結(jié)果，突出了其在各種應(yīng)用中的潛力。將來，它可以用于開發(fā)新的可穿戴設(shè)備，例如智能手表和健康跟蹤器，但它也可以使具有先進(jìn)傳感功能的可拉伸電子皮膚得以制造。

論文標(biāo)題為《Highly Stretchable and Compressible Carbon Nanofiber–Polymer Hydrogel Strain Sensor for Human Motion Detection》。