然而尽管这些成绩已经恢复了基本的触觉,但其传感器和信号与皮肤中的天然触觉传感器——机械性感受器发送的信号仍存在巨大差异。
当人体中的机械性感受器感受到压力后,它们会发送一股神经脉冲;压力越大,脉冲频率越高。而之前的触觉传感器在更大的压力下会产生更强的电信号,而不是高频脉冲流。电信号必须被发送到另一个处理芯片,该处理芯片将信号的强度转换成一个数字脉冲流,然后才被发送到周围神经或脑组织中去。
受到天然机械性感受器的启发,由加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学化学工程师鲍哲南率领的研究人员,开始着手研制能够直接大量产生数字信号的人造皮肤。
据鲍哲南介绍,这是第一种能够感知压力并与大脑沟通的柔性人造皮肤,距真正像人类皮肤的柔性人造皮肤“更近一步”。
这种人造皮肤像“一页纸那么薄”,可以分为两层,外层是可以感知压力的传感器,由塑料材料加上碳纳米管制成;内层是由喷墨打印机印刷出的柔性电子电路,可以把压力信号改变成电信号并传递给大脑。
触觉传感器在工业制造中的应用
如今大热的工业互联网中重要的角色就是工业机器人。著名汽车制造商比如特斯拉、宝马等等的车间几乎见不到一个人,全靠工业机器人实现组装、喷漆、检测等工作。今年富士康在国内引进数千机器人取代工人更是证明了未来制造业采用工业机器人是大势所趋。力传感器赋予机器人的手腕触觉。力传感器安装在机器人和它操作的机台之间,这样两者间的所有力都能被机器人和机台感知和监控。
2015年问世的一款新型的键盘产品“101touch”,其特色在于键盘完全是一块可定制的触摸屏,你可以根据电脑使用需求来更改键盘布局,来适应不同的需求,如打字、游戏操作、视频播放编辑等等,甚至变成一款专为儿童设计的卡通键盘。
触觉传感器在可穿戴电子产品中的应用
近年来,便携式智能电子产品发展日新月异,出现了众多多功能的可穿戴器件。将电子产品用于手镯、眼镜和鞋子等随身穿戴品一样“穿戴”在身上已然成为一种新时尚。其中,穿戴式触觉传感器是当下科技圈最前沿的领域之一,可模仿人与外界环境直接接触时的触觉功能,主要包括对力信号、热信号和湿信号的探测,是物联网的神经末梢和辅助人类全面感知自然及自己的核心元件。
发展穿戴式、能够适应基底任意变形、同时对多种无规则触觉刺激有准确响应的新型触觉传感器件至关重要。随着石墨烯、碳纳米管、氧化锌、液态金属等新型功能材料的出现,柔性电子相关制备技术的革新,穿戴式触觉传感器的研究在近几年得到了迅猛的发展。
穿戴式触觉传感器通常构建在类似皮肤的弹性基底或者可伸缩的织物上以获得柔性和可伸缩性。随着材料科学、柔性电子和纳米技术的飞速发展,器件的灵敏度、量程、规模尺寸以及空间分辨率等基础性能提升迅速,甚至超越了人的皮肤。同时,为了适应对力、热、湿、气体、生物、化学等多刺激分辨的传感要求,器件设计更加更精巧,集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修复、自供能及可视化等实用功能的智能传感器件也应运而生。此外,穿戴式电子产品朝着集成化方向发展,即针对具体应用将触觉传感器与相关功能部件(如电源、无线收发模块、信号处理、执行器等)有效集成,打造具有良好柔性、空间适应性和功能性的穿戴式平台。
目前,穿戴式触觉传感器在实际应用仍然面临很多挑战,例如传感器在反复变形过程中的性能退化,多刺激同时探测的串扰解耦,穿戴式平台内部器件之间的力、热、电性能匹配等。应对这些挑战将带来新的机遇,为相关材料制备、器件加工及系统集成指明未来的发展方向。毫无疑问,穿戴式触觉传感器将朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化方向发展。触觉传感器的适用范围将大大拓宽,在人机交互系统、智能机器人、移动医疗等领域具有巨大的应用前景。