【文章概述】

柔性触觉传感器在人工智能、假肢、医疗保健监视和人机交互等领域有着广泛的应用前景而备受关注。但是，在不涉及高成本和复杂的制造过程的情况下，开发高分辨率的触觉传感器仍然是一个严峻的挑战。

【成果简介】

近日，河南大学Xin Wang和东华大学Zhaoling Li老师的研究团队通过一种便捷、无掩模、高效且环保的激光直写技术，开发了一种用于自供电实时触觉传感的灵活的高分辨率摩擦电传感阵列（TSA）。通过在上下对齐的半圆形电极阵列之间重叠的互补交点，制造出基于图案化激光诱导石墨烯（LIG）电极（7Ω/sq）的分辨率为8 dpi的16×16像素化TSA。通过特别的图案设计，降低了TSA的复杂性和数据通道的数量。同时，TSA平台具有出色的耐用性和同步性，可实现多点触摸、滑动和跟踪运动轨迹的实时可视化，而无需消耗功率。此外，构建了一个智能无线控制HMI系统，该系统由基于LIG模式的摩擦纳米发电机的9位数字阵列触摸面板组成，用于无线控制个人电子设备。这种自供电的TSA在众多领域有着巨大的应用前景，包括有源实时触觉传感系统、无线控制人机交互、安全性识别等。该材料符合奇材馆理念，后续开发值得期待!

【图文导读】

图1 基于LIG的灵活高分辨率TSA的制作和原理图。

a）TSA制造过程的示意图。

b）分辨率为8 dpi的16×16像素化TSA的光学照片。

c）16×16像素化TSA的示意图。 插图：分别是一个传感器单元的TSA配置和像素结构的局部放大倾斜图。

d，e）导电LIG的SEM图像（比例尺分别为100和10 µm）。

f）激光功率为6.3 W时LIG的拉曼光谱。

图2 TSA中一个传感器单元的工作机制和输出性能。

a，b）TSA中一个传感器单元的示意图和工作机制。

c）半径为3.0 mm的上下LIG电极的输出电压。

d）一个LIG电极的半径从0.5毫米增加到4毫米的传感器单元的输出电压。

e）图案化的LIG电极在不同弯曲角度下的电阻。

f）在超过6000个循环的触点分离接触（频率为1.5 Hz）下进行耐久性测试。 插图：电压与时间曲线的局部放大图。

图3 基于图案化的LIG的TSA触觉传感和映射。

a）基于TSA的触觉信号记录系统的示意图。

b）触摸时的多点触摸模式和像素输出电压的示意图。

c）滑动模式和手指滑动的移动轨迹中像素的输出电压的示意图。

d）在16×16像素的TSA表面上写字母“ H”，“ E”，“ N”，“ U”（河南大学的缩写）的手指示意图。

e）手指在TSA的表面上写字母“ H”，“ E”，“ N”，“ U”的输出电压强度的2D映射的俯视图。

图4 基于LIG模式的TENG的智能无线HMI系统的应用。

a）由基于LIG模式的TENG的9位数字阵列数字触摸屏组成的无线控制系统的示意图，用于个人电子设备的无线控制。

b）基于LIG模式的TENG的无线HMI系统的示意图。

c）数字触摸屏中感应单元的输出峰值电压。

d）手指触摸一个5位数字传感单元的模拟摩擦电输出信号。

e）从（d）通过处理电路输出的方波。

f）由HMI系统无线控制的LED照明，它不仅充当个人电子设备，而且分别响应手指触摸的运动轨迹。

g）LED照明灯的放大照片。

【奇材馆点评】

本文开发了一种基于LIG图案电极的灵活高分辨率TSA，可通过通用、可设计、无掩膜、高效且环保的LDW制造工艺进行自供电实时触觉传感或制图。

（1）作为TSA的关键部分，图案化的LIG电极具有7Ω/sq的电导率。

（2）基于LDW方法的优势，研究人员制造出分辨率为8 dpi的柔性16×16像素化TSA，以实现无功耗的多点触摸、滑动和跟踪手指运动轨迹的实时可视化。

（3）还详细研究了基于TSA平台的输出信号与有效接触面积，出色的耐用性和同步性之间的关系。

（4）构建了一个智能无线控制HMI系统，该系统由基于LIG模式的TENG的9位数字排列（3×3）数字触摸屏、信号处理和无线发射电路组成，用于无线控制个人电子设备。

这种基于图案化LIG电极的柔性高分辨率自供电TSA将为主动式实时触觉传感系统、人机界面、安全识别等带来广阔的发展潜力。

【论文信息】

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