新型折紙傳感器可“見微知著”

(資料圖)

科技日報(bào)北京8月28日電 （記者張夢然）美國南加州大學(xué)工程學(xué)院研究人員受折紙啟發(fā)創(chuàng)造出一種新的傳感器，這些傳感器有朝一日可用于檢測器官微小變形從而預(yù)測疾病，也可用于可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人。論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

該論文通訊作者、南加州大學(xué)航空航天、機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授趙航波指出，創(chuàng)建能夠顯著拉伸、快速響應(yīng)、即使在測量大的動態(tài)變形時(shí)也能提供精確讀數(shù)的傳感器，是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。

目前的可拉伸應(yīng)變傳感器大多使用橡膠等柔性材料，但經(jīng)過重復(fù)使用后，材料特性可能發(fā)生不可逆的變化，從而產(chǎn)生與變形檢測相關(guān)的不可靠指標(biāo)。

研究人員因此設(shè)計(jì)了一種新型的傳感器結(jié)構(gòu)。受折紙的啟發(fā)，堅(jiān)硬的材料被折疊起來，面板的每一側(cè)都有電極。人們可以將該傳感器想象成一本顛倒的、打開的書，在封面和封底有兩個(gè)電極。當(dāng)電極展開時(shí)，電極之間的電場強(qiáng)度就能被捕獲，團(tuán)隊(duì)開發(fā)的模型將該讀數(shù)轉(zhuǎn)換為捕獲變形幅度的測量值。

新傳感器可拉伸至原始尺寸的3倍，即使重復(fù)使用也具有很高的傳感精度。此外，傳感器響應(yīng)速度非常快，可在不到22毫秒的時(shí)間內(nèi)檢測到非常微小區(qū)域（約5平方毫米）的變形，還能檢測來自不同方向的應(yīng)變。

研究人員表示，此類傳感器可準(zhǔn)確測量復(fù)雜而大量的變形，也可應(yīng)用于感知柔性機(jī)器人的運(yùn)動、跟蹤人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動，甚至監(jiān)測膀胱等器官以確定可能預(yù)示疾病的異常情況。

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