如步態(tài)異常和肌肉疾病等諸多醫(yī)學(xué)問(wèn)題的治療，均需要對(duì)作用壓力有精確的感知。因此，簡(jiǎn)單、輕便、低成本的柔性壓力傳感器引起了相當(dāng)多的關(guān)注。這些傳感器是通過(guò)“增材制造”或常稱(chēng)為“3D打印”來(lái)設(shè)計(jì)和制造的，主要使用導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料作為其構(gòu)建材料。
來(lái)自韓國(guó)的一支研究團(tuán)隊(duì)利用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種新型多方向的壓力傳感器，并與溫度傳感器相結(jié)合;3D打印技術(shù)成本低，同時(shí)還可擴(kuò)展到智能機(jī)器人系統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)。
然而，迄今為止開(kāi)發(fā)的所有3D打印壓力傳感器均僅限于感知單一方向的作用力。但這對(duì)于現(xiàn)實(shí)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是不夠的，因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界中的力可能從各種角度和方向施加。此外，大多數(shù)導(dǎo)電聚合物的電阻會(huì)隨溫度變化而改變，必須通過(guò)補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的壓力傳感。
據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，在Composites Part B: Engineering期刊上發(fā)表的一項(xiàng)研究中，來(lái)自韓國(guó)大邱慶北科學(xué)技術(shù)院(DGIST)的Hoe Joon Kim教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)解決了上述問(wèn)題，采用了新設(shè)計(jì)的多軸壓力傳感器與測(cè)溫元件相結(jié)合，從而克服了傳統(tǒng)傳感器的局限性。論文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109079。
“我們的多軸壓力傳感器即使在傾斜力作用下，也能成功捕獲讀數(shù)。此外，該測(cè)溫元件可以校準(zhǔn)隨溫度變化的電阻標(biāo)定。同時(shí)，可擴(kuò)展性和低成本制造工藝與商用3D打印機(jī)完全兼容。”Kim教授解釋道。
該項(xiàng)研究中，研究人員首先利用多壁碳納米管(MWCNT)和聚乳酸(PLA)制備了可打印的導(dǎo)電聚合物。然后，利用商用彈性體與MWCNT/PLA復(fù)合絲制成的傳感材料3D打印制造了傳感器原型。該傳感器基于底部有空心槽的bumper結(jié)構(gòu)(緩沖墊結(jié)構(gòu))，采用了三顆用于多軸壓力檢測(cè)的壓力傳感元件和一顆用于電阻校準(zhǔn)的溫度傳感元件。該傳感器通過(guò)評(píng)估每顆壓力傳感元件的響應(yīng)，可以成功地校準(zhǔn)作用力的大小和方向。將這種bumper結(jié)構(gòu)安裝在3D打印的觸發(fā)器和握力器時(shí)，可以清晰地區(qū)分不同的人體動(dòng)作和抓取動(dòng)作。
研究人員對(duì)3D打印傳感器的未來(lái)前景非常看好。“3D打印技術(shù)將在能源、生物醫(yī)學(xué)和制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在機(jī)器人抓手和觸覺(jué)傳感器中引入該傳感元件，可以實(shí)現(xiàn)多方向作用力隨溫度變化的檢測(cè)，這預(yù)示著機(jī)器人技術(shù)新時(shí)代的到來(lái)。”Kim教授興奮地評(píng)論說(shuō)。
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