自供電可伸縮溫度計可集成到軟體機(jī)器人智能服裝中
下一代軟機(jī)器人、智能服裝和生物相容性醫(yī)療設(shè)備將需要集成的軟傳感器，這些傳感器可以隨著設(shè)備或佩戴者伸展和扭轉(zhuǎn)。挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)傳感中使用的大多數(shù)組件都是剛性的。
現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰A.保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員開發(fā)了一種柔軟、可拉伸、自供電的溫度計，可以集成到可拉伸的電子設(shè)備和軟機(jī)器人中。
“我們開發(fā)了具有高靈敏度和快速響應(yīng)時間的軟溫度傳感器，為在醫(yī)療保健、工程和娛樂領(lǐng)域創(chuàng)建新的人機(jī)界面和軟機(jī)器人開辟了新的可能性，”AllenE.和MarilynM.Puckett教授索志剛說SEAS的力學(xué)和材料學(xué)博士，該論文的高級作者。
該研究發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。
溫度計由三個簡單的部分組成：電解質(zhì)、電極和將兩者分開的介電材料。電解質(zhì)/電介質(zhì)界面積累離子，而電介質(zhì)/電極界面積累電子。兩者之間的電荷不平衡會在電解質(zhì)中形成離子云。當(dāng)溫度變化時，離子云會改變厚度并產(chǎn)生電壓。電壓對溫度敏感，但對拉伸不敏感。
“由于設(shè)計非常簡單，因此根據(jù)應(yīng)用的不同，定制傳感器的方法有很多，”SEAS博士后研究員、該論文的第一作者YechengWang說。“您可以選擇不同的材料，以不同的方式排列并針對不同的任務(wù)進(jìn)行優(yōu)化。”
通過以不同的配置排列電解質(zhì)、電介質(zhì)和電極，研究人員開發(fā)了四種溫度傳感器設(shè)計。在一項測試中，他們將傳感器集成到一個軟夾具中，并測量了一個熱煮雞蛋的溫度。傳感器比傳統(tǒng)的熱電溫度計更敏感，可以在大約10毫秒內(nèi)對溫度變化做出響應(yīng)。
“我們證明了這些傳感器可以做得更小、更穩(wěn)定，甚至是透明的，”王說。
根據(jù)所使用的材料，溫度計可以測量高達(dá)200攝氏度或低至-100攝氏度的溫度。
“這個高度可定制的平臺可以帶來新的發(fā)展，以實現(xiàn)和改善萬物互聯(lián)，”索說。
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