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- 研究人員開發(fā)用于健康和機(jī)器使用的應(yīng)變傳感器
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2023/2/9
新傳感器由嵌入彈性聚合物中的銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成。聚合物具有均勻深度的平行切割圖案，從材料的任一側(cè)交替：從左側(cè)切割一個，然后從右側(cè)切割一個，然后從左側(cè)切割一個，依此類推。這種特征 - 圖案切割 - 可以在不犧牲靈敏度的情況下實(shí)現(xiàn)更大范圍的變形。 來源：吳爽，北卡羅來納州立大學(xué)
北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種可拉伸的應(yīng)變傳感器，它具有靈敏度和范圍組合，使其能夠以比以前的技術(shù)更大的運(yùn)動范圍檢測應(yīng)變的微小變化。研究人員通過創(chuàng)建新的健康監(jiān)測和人機(jī)界面設(shè)備來展示傳感器的實(shí)用性。
他們的研究論文“基于裂紋擴(kuò)展和開放的高度靈敏，可拉伸和堅(jiān)固的應(yīng)變傳感器”發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces雜志上。
應(yīng)變是衡量材料從其原始長度變形的程度的量度。例如，如果將橡皮筋拉伸到其原始長度的兩倍，則其應(yīng)變將為 100%。
“測量應(yīng)變在許多應(yīng)用中都很有用，例如測量血壓的設(shè)備和跟蹤身體運(yùn)動的技術(shù)，”朱勇說，他是該論文的通訊作者，北卡羅來納州立大學(xué)機(jī)械和航空航天工程的安德魯·A·亞當(dāng)斯杰出教授。
為了證明傳感器可以變形多遠(yuǎn)，研究人員創(chuàng)造了一種可穿戴設(shè)備，用于監(jiān)測人的背部運(yùn)動，該設(shè)備可用于物理治療。來源：吳爽，北卡羅來納州立大學(xué)
“但到目前為止，已經(jīng)有一個權(quán)衡。能夠檢測小變形的靈敏應(yīng)變傳感器不能拉伸得太遠(yuǎn)。另一方面，可以拉伸到更大長度的傳感器通常不是很敏感。我們開發(fā)的新傳感器既靈敏又能夠承受明顯的變形，“朱說�！傲硪粋�特點(diǎn)是，即使在過度應(yīng)變的情況下，傳感器也非常堅(jiān)固，這意味著當(dāng)施加的應(yīng)變意外超過感應(yīng)范圍時，它不太可能斷裂。
新傳感器由嵌入彈性聚合物中的銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成。聚合物具有均勻深度的平行切割圖案，從材料的任一側(cè)交替：從左側(cè)切割一個，然后從右側(cè)切割一個，然后從左側(cè)切割一個，依此類推。
“這個特征 - 圖案切割 - 可以在不犧牲靈敏度的情況下實(shí)現(xiàn)更大范圍的變形，”該論文的作者，近期在北卡羅來納州立大學(xué)獲得博士學(xué)位的吳爽說。
為了證明傳感器在人機(jī)界面設(shè)備中的實(shí)用性，研究人員創(chuàng)建了一個三維觸摸控制器，可用于控制視頻游戲。來源：吳爽，北卡羅來納州立大學(xué)
傳感器通過測量電阻變化來測量應(yīng)變。隨著材料的拉伸，阻力增加。傳感器表面的切口垂直于其拉伸方向。這做了兩件事。首先，切割允許傳感器明顯變形。由于表面的切口拉開，形成鋸齒形圖案，因此材料可以承受實(shí)質(zhì)性變形而不會達(dá)到斷裂點(diǎn)。其次，當(dāng)切口拉開時，這迫使電信號進(jìn)一步傳播，沿著鋸齒形上下傳播。
“為了證明新傳感器的靈敏度，我們用它們來制造新的可穿戴血壓設(shè)備，”朱說�！盀榱俗C明傳感器可以變形多遠(yuǎn)，我們創(chuàng)造了一種可穿戴設(shè)備來監(jiān)測人的背部運(yùn)動，這對物理治療具有實(shí)用性。
“我們還演示了人機(jī)界面，”吳說�！熬唧w來說，我們使用傳感器創(chuàng)建了一個可用于控制視頻游戲的三維觸摸控制器。
“該傳感器可以很容易地集成到現(xiàn)有的可穿戴材料中，如織物和運(yùn)動膠帶，便于實(shí)際應(yīng)用，”朱說�！岸@一切只是觸及了表面。我們認(rèn)為，隨著我們繼續(xù)使用這項(xiàng)技術(shù)，將會有一系列額外的應(yīng)用。
該論文由北卡羅來納州立大學(xué)博士生凱瑟琳·穆迪（Katherine Moody）共同撰寫;以及北卡羅來納州立大學(xué)前本科生Abhiroop Kollipara。
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