研究討論壓阻式傳感器應(yīng)用的進(jìn)展

電子皮膚（e-skin）是一項(xiàng)具有重要意義的柔性技術(shù)，可以準(zhǔn)確復(fù)制人體皮膚的各種功能。它在假肢、機(jī)器人和醫(yī)療檢測(cè)和診斷設(shè)備方面具有顯著的潛力。

電子皮膚響應(yīng)外部豐富多樣的刺激（如溫度、壓力、應(yīng)變、彎曲、振動(dòng)和滑動(dòng)）的關(guān)鍵功能組件是賦予其出色傳感能力的柔性觸摸傳感器?；趬鹤栊?yīng)，該范例中的柔性觸覺(jué)傳感器具有低能耗、廉價(jià)、高靈敏度和寬檢測(cè)限。因此，靈活的壓阻式傳感器正在尋找廣泛的應(yīng)用，并且由于可靠和放大制造而成為最熱門(mén)的研究課題之一。力引起的電阻變化原理構(gòu)成了壓阻式傳感器設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在過(guò)去的十年中，越來(lái)越多的研究旨在提高柔性壓阻傳感器的性能。已針對(duì)更高的靈敏度、檢測(cè)限、均一性、一致性、響應(yīng)性和恢復(fù)時(shí)間進(jìn)行了系統(tǒng)研究。出于這些原因，柔性壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)采用尖端材料制造技術(shù)，如靜電紡絲、光刻、激光加工、冷凍干燥和 3D 打印。

用于電子皮膚的柔性壓阻式傳感器通常必須滿(mǎn)足幾個(gè)要求，包括生物相容性、拉伸時(shí)的靈活性和無(wú)線信號(hào)傳輸。例如，將聚合物與導(dǎo)電材料結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)壓阻式傳感器的高傳感性能，它兼具靈活性和可擴(kuò)展性。在此過(guò)程中，柔性壓阻式傳感器研究領(lǐng)域的進(jìn)步和改進(jìn)正在自動(dòng)警報(bào)、可視化，甚至體內(nèi)植入和體征監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域取得進(jìn)展。這些快速的進(jìn)步使靈活的壓阻傳感器能夠執(zhí)行人類(lèi)皮膚以外的任務(wù)，例如物體的聲音感知和微觸覺(jué)操作，另一方面輔助假肢，以及機(jī)器人實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)功能。

研究人員對(duì)柔性壓阻式傳感器的設(shè)計(jì)理念、傳感架構(gòu)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)進(jìn)行了全面分析。目前的綜述首先介紹了基于各種材料的壓阻響應(yīng)的基本原理，為創(chuàng)建良好的柔性壓阻傳感器提供了理論基礎(chǔ)。金屬、導(dǎo)電碳化合物、半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物和絕緣聚合物是可用于制造壓阻傳感器的材料。雖然半導(dǎo)體材料的壓阻通常依賴(lài)于外部因素下改變的載流子遷移率，但金屬材料的壓阻效應(yīng)主要基于幾何尺寸的變化。這兩種材料的制造通常非常堅(jiān)硬且復(fù)雜，這使得它們?cè)谌嵝詨鹤鑲鞲衅髦胁惶Ｒ?jiàn)。導(dǎo)電復(fù)合材料也得到了大量的研究。滲流理論、隧道機(jī)制以及接觸面積和接觸點(diǎn)的變化是它們的一些基本概念。

然后，審查徹底檢查了柔性壓阻傳感器的重要部分，即傳感結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建為微突起、裂紋、纖維、孔隙和復(fù)合結(jié)構(gòu)，為改進(jìn)柔性壓阻傳感器的關(guān)鍵功能提供了創(chuàng)新。該范例徹底涵蓋了制造、結(jié)構(gòu)和傳感性能之間的聯(lián)系。例如，即使適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以顯著提高傳感器的靈敏度，但由于傳感機(jī)制和所用材料的限制，柔性壓阻式傳感器經(jīng)常無(wú)法在高靈敏度和寬檢測(cè)范圍之間取得平衡。盡管這通常伴隨著復(fù)雜的制造工藝，但柔性壓阻式傳感器可以通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)出色的靈敏度和寬線性響應(yīng)范圍。正如本文所討論的，快速發(fā)展的 3D 打印技術(shù)在生產(chǎn)具有復(fù)雜設(shè)計(jì)的壓阻結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢(shì)，能夠以高精度和高效率快速制造，以支持柔性壓阻傳感器的未來(lái)發(fā)展。

該文章的摘要涵蓋了在電子皮膚中使用柔性壓阻傳感器用于假肢和機(jī)器人開(kāi)發(fā)、語(yǔ)音識(shí)別、健康監(jiān)測(cè)和其他目的。柔性壓阻式傳感器可以檢測(cè)健康監(jiān)測(cè)中的大規(guī)模人體運(yùn)動(dòng)和小力生命體征（如脈搏和心跳）。適應(yīng)性強(qiáng)、靈敏度高的壓阻式傳感器可以響應(yīng)語(yǔ)音的各種特征峰值，并實(shí)現(xiàn)音量和音色檢測(cè)?？烧{(diào)壓阻式傳感器也可用于醫(yī)療和手術(shù)機(jī)器人，以防止不必要的傷害。

最后，作者總結(jié)了本文所涉及的柔性壓阻傳感器未來(lái)研究的主要方向，并談到了潛在的應(yīng)用和挑戰(zhàn)，如在避免干擾噪聲的同時(shí)保持高靈敏度，追求穩(wěn)定和長(zhǎng)期的性能，實(shí)現(xiàn)便攜式無(wú)線信號(hào)傳輸和收藏。解決這些問(wèn)題和困難無(wú)疑將導(dǎo)致對(duì)柔性壓阻傳感器進(jìn)行持續(xù)的、創(chuàng)造性的改進(jìn)。