新型折纸传感技术助力医疗与机器人应用,实现微小变形检测

潘金金 2023-08-29 阅读:1004699 评论:0
美国南加州大学工程学院的研究人员通过借鉴折纸的灵感,创造了一种创新的传感器技术。这项技术有望应用于预测疾病的器官微小变形检测,同时还可以用于柔性机器人和可穿戴设备领域。相关研究成果已在最新一期的《科学进展》杂志上发表。该研究的通讯作者、南加...

美国南加州大学工程学院的研究人员通过借鉴折纸的灵感,创造了一种创新的传感器技术。这项技

术有望应用于预测疾病的器官微小变形检测,同时还可以用于柔性机器人和可穿戴设备领域。相关

研究成果已在最新一期的《科学进展》杂志上发表。

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该研究的通讯作者、南加州大学航空航天、机械工程和生物医学工程助理教授赵航波指出,开发出

能够在极大的拉伸程度下仍能提供准确读数、迅速响应的传感器是一个巨大的挑战。


传统的可拉伸应变传感器多采用橡胶等柔性材料,但这些材料在多次使用后其性能可能会不可逆转

地发生变化,从而影响到与变形检测相关的可靠性。


因此,研究人员设计了一种全新的传感器结构。受到折纸的启发,坚硬的材料被折叠,每一面都有

电极。你可以把这种传感器想象成一本翻过来的书,书的封面和封底各有一个电极。展开电极时,

可以捕捉到电极之间的电场强度,研究团队开发的模型将这种读数转化为捕捉到的变形程度的测量

值。


这种新型传感器可以被拉伸至原始尺寸的三倍,并且即使经过多次使用,其传感精度也非常高。此

外,传感器的响应速度非常快,可以在不到22毫秒的时间内检测出非常微小区域(约5平方毫米)

的变形,还可以检测来自不同方向的应变。


研究人员表示,这种传感器可以准确测量复杂且广泛的变形,也可以应用于感知柔性机器人的运动、

跟踪人体关节运动,甚至监测器官如膀胱等的变化,以便检测异常情况。


随着柔性可穿戴设备的不断发展,可拉伸应变传感器的作用变得愈发重要。一般情况下,它测量机

械变形并将其转化为电信号,用于人机交互和健康监测等领域。然而,传统的橡胶等材料很难经受

长时间的重复使用,从而影响了传感器的准确性。这项研究中,研究人员设计了一种创新的折纸式

结构,结合专门的模型,将电场强度转化为变形幅度的测量值。这种新型传感器可以准确地跟踪更

大范围和更复杂的运动变形,在医疗健康领域有着巨大的潜力。


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