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可穿戴产品技术大突破:柔性电容传感器创新工艺

文章来源:集微网 作者:【未知】 点击:次 时间:2017/7/17 10:13:27

最近,来自美国哈佛大学维斯生物启发工程研究所和约翰·保尔森工程和应用科学学院的研究团队创造出一种高度灵敏的柔性电容传感器。它由硅胶和织物组成,能够随着人体运动和弯曲,准确自如地监测人体运动情况。

如今,从心率监测器到虚拟现实头盔,各式各样的可穿戴技术产品在消费电子市场和研究领域,都呈现出爆发性增长和流行的趋势。

然而,为了检测和传输数据,这些可穿戴设备所用的大部分电子传感器都是由坚硬、不可弯曲的材料制成,这样不仅使得佩戴者的自然运动受限,而且影响到采集数据的精度。

创新

最近,来自哈佛大学维斯生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering )和约翰·保尔森工程和应用科学学院(SEAS)的研究人员组成的团队创造出一种高度灵敏的柔性电容传感器,它由硅胶和织物组成,能够随着人体运动和弯曲,准确自如地检测人体运动情况。

这项研究的论文发表于最新一期的《高级材料技术》杂志,且该协议成为了哈佛生物设计实验室柔性机器人工具包的一部分。

组成

电容传感器由一层硅胶薄片(一种导电性很差的材料组成),像三明治一般夹在两层镀银的、导电织物(一种高度导电的材料)之间形成。

原理

这种传感器通过测量电容的变化来记录人体运动。所谓电容,也就是容纳电荷的本领,也指两个电极之间的电场。

维斯研究所的研究工程师、论文的合著者之一 Daniel Vogt 称:

“当我们在传感器的一端拉拽传感器,施加张力时,硅胶层会变薄,导电织物层会靠的更近,这样就以一种与施加的张力成比例的方式,改变了传感器的电容。所以,我们能够测量到传感器的形状改变了多少。”

工艺

这种混合传感器的优越性能来源于它的新型制造工艺。通过这种制造工艺,织物通过另外一层的液态硅胶,连接于硅胶核心的两端。这种方法让硅胶可以填满织物中的空气间隙,机械地将它锁在硅胶上,从而增加了用来分散张力和存储电容的表面区域。

这种硅胶与织物的混合物,通过充分利用这两种材料的特性,提高了对于运动的灵敏度。在拉升时,这种强韧、连锁的织物纤维能够帮助硅胶限制其形变的程度;而当拉力撤销时,硅胶则可以帮助织物恢复其原有的形状。最后,柔软的细线通过热封胶带,永远连接着这种导电织物,让来自传感器的电气信息无需又硬又笨重的接口,就可以传输到电路上。

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