柔性觸覺傳感器（FTS）能夠感知機械力信號（應變、壓力和剪切力等），被廣泛用于仿生假肢、健康監(jiān)測、人工智能以及可穿戴設備等領域。理想的FTS需要同時具備高靈敏度與高精度的觸覺信號檢測能力。實際應用中，F(xiàn)TS不可避免地會暴露于機械沖擊、溫濕度變化等外部干擾環(huán)境中。多重刺激產生的復雜干擾會顯著影響FTS的感知能力，從而降低其傳感精度。然而，現(xiàn)有的大多數(shù)FTS缺乏抗干擾能力，易導致感知錯誤或測量失真，極大限制了其實際應用場景。因此，開發(fā)結構簡單、抗干擾性強且靈敏度高的FTS已成為當前迫切需求。

針對上述問題，中國科學技術大學劉建偉教授團隊利用納米線界面組裝技術結合機械策略，報道了一種具有優(yōu)異抗干擾功能的應變和壓力雙模態(tài)FTS。相關研究成果發(fā)表于Nano Letters上。中國科學技術大學博士研究生王文澤、李新林為論文共同第一作者。劉建偉教授為通訊作者。

圖1. FTS結構及應用的概述圖

在自然界中，許多生物依靠自身的微尺度結構實現(xiàn)對外界機械力的感知。例如蝎子通過位于跗骨和跗骨腿關節(jié)之間的彎曲裂紋感受器來探測環(huán)境振動。因此，研究團隊受該高靈敏裂紋感受器的啟發(fā)，開發(fā)了一種高性能、抗干擾的雙模態(tài)FTS（圖1）。通過納米線界面組裝結合機械策略輔助組裝，實現(xiàn)了大范圍有序的銀納米線薄膜的制備。此外，該研究利用調控界面組裝方向實現(xiàn)優(yōu)異的應變傳感性能（靈敏度高達7.58 × 105；最小檢測限為0.01%）（圖2）和優(yōu)異的壓力傳感性能（圖3）。

圖2. FTS的應變感知性能

圖3. FTS的壓力感知性能

結論與展望

本文設計了一種獨特的由生物啟發(fā)的雙模態(tài)FTS，實現(xiàn)了兩種模態(tài)的感知。在模態(tài)一下FTS具有超靈敏的應變感知能力；在模態(tài)二下其具備超優(yōu)異穩(wěn)定的壓力感知能力。此外，兩種模態(tài)下的FTS均具有優(yōu)異的抗干擾性能，能夠抵抗外界機械沖擊以及溫濕度的變化。最后，將FTS集成到人體皮膚表面，可用于手腕和脊柱運動的實時、準確監(jiān)測。該工作推動了柔性傳感器在醫(yī)療健康、人體監(jiān)測領域的發(fā)展。

該研究得到了國家自然科學基金項目和中國科學院戰(zhàn)略重點研究項目的資助，以及中國科學技術大學微納研究與制造中心、中國科學技術大學理化科學實驗中心和中國科學院AI-Scientist機器人平臺的支持。

來源：ACs期刊資訊