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下一代的软体机器人、智能服装和生物可容性医疗设备将需要集成柔性传感器,这些传感器可以随设备或佩戴者拉伸和扭转。实现这一目标的挑战是,传统传感器中使用的大多数组件都是刚性的。
现在,哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经开发出一种柔性的、可伸缩的、自供电的温度计,可以集成到可伸缩电子设备和软体机器人中。
SEAS力学与材料教授、论文高级作者ZhigangSuo, Allen E.和Marilyn M. Puckett表示:“我们开发了具有高灵敏度和快速响应时间的柔性温度传感器,为在医疗保健、工程和娱乐领域创造新的人机界面和软体机器人开辟了新的可能性。”
该温度计由三个简单的部分组成:一个电解液、一个电极和一个将两者分开的介电材料。电解液/电介质界面积聚离子,而电介质/电极界面积聚电子。两者之间的电荷不平衡在电解液中形成了离子云。当温度变化时,离子云的厚度发生变化,并产生电压。电压对温度敏感,但对拉伸动作不敏感。
“因为设计非常简单,根据应用情况,有很多不同的方法来定制这种传感器,”SEAS博士后Yecheng Wang表示,他也是这篇论文的第一作者。“您可以选择不同的材料,以不同的方式排列,并针对不同的任务进行优化。”他补充道。
通过将电解液、电介质和电极组合成不同的配置,研究人员开发了四种温度传感器设计。在一项测试中,他们将传感器集成到一个柔性夹持器中,并测量了一个煮熟鸡蛋的温度。这种传感器比传统的热电温度计更灵敏,可以在大约10毫秒内对温度变化做出响应。
Yecheng Wang表示:“我们证明了这些传感器可以制作成小型、稳定、甚至透明的传感器。”
根据使用的材料,温度计可以测量200摄氏度以上或零下100摄氏度以下的温度。
Zhigang Suo表示:“这个高度可定制的平台可能带来新的发展,以实现和改善所有物和人的之间的连接。”
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