韓國中央大學(xué)融合3D打印與溶劑結(jié)晶技術(shù)，提升自供電觸覺傳感器效能

2025年1月5日，南極熊獲悉，韓國中央大學(xué)的研究團隊將3D打印技術(shù)與溶劑型結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合，顯著提高了壓電和摩擦電觸覺傳感器的靈敏度和適應(yīng)性。這項研究突破了現(xiàn)有技術(shù)的局限性，為觸覺傳感器的未來發(fā)展開辟了新的道路。

△相關(guān)研究已發(fā)表在《國際極限制造雜志》第7卷上，題目為“高靈敏度、自供電壓電和摩擦電觸覺傳感器的制造策略”（傳送門）

研究背景

壓電傳感器依賴于非中心對稱材料（如石英和PVDF）中的機械應(yīng)力產(chǎn)生電壓，而摩擦電傳感器則依賴于接觸誘導(dǎo)的電荷轉(zhuǎn)移。盡管這兩種傳感器在自供電功能和高靈敏度方面具有獨特優(yōu)勢，但它的應(yīng)用范圍一直受限于材料的脆性和對環(huán)境條件的敏感性。

研究團隊對壓電和摩擦電觸覺傳感器的制造策略進行了全面的審視，專注于提升傳感器的靈敏度、靈活性和自供電能力。研究中考察了多種材料特性、制造工藝和設(shè)備設(shè)計，以克服壓電材料的脆性和摩擦電傳感器的環(huán)境敏感性等挑戰(zhàn)。

Ryu教授強調(diào)：“我們提出的策略將有助于開發(fā)適用于機器人、可穿戴設(shè)備和醫(yī)療保健系統(tǒng)的高性能傳感器。”

△基于壓電和摩擦電的高靈敏度和自供電傳感應(yīng)用的示意圖

3D打印在觸覺傳感器領(lǐng)域取得的技術(shù)進步

在智能系統(tǒng)中，壓電傳感器通過將機械刺激轉(zhuǎn)換為電信號，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究人員特別強調(diào)了通過摻雜、控制結(jié)晶度和集成復(fù)合材料來提高壓電常數(shù)的重要性。顯著的進展包括采用無鉛陶瓷和聚合物混合物，制造出既柔性又環(huán)保、適合動態(tài)應(yīng)用的傳感器。此外，將3D打印與基于溶劑的結(jié)晶技術(shù)相結(jié)合，已被證明能顯著提升這些傳感器的靈敏度和適應(yīng)性。

△基于摩擦電的距離和材料傳感器的制造策略

對于摩擦電傳感器，表面改性技術(shù)如等離子處理、微結(jié)構(gòu)化和介電常數(shù)優(yōu)化，已被用來增強性能。這些策略提升了電荷轉(zhuǎn)移效率，促進了耐用、高輸出傳感器的開發(fā)。研究人員還展示了混合材料和納米結(jié)構(gòu)在保持靈活性和環(huán)境適應(yīng)性的同時，提高摩擦電性能的有效性。

這項研究是首批全面概述壓電和摩擦電觸覺傳感器制造策略的研究之一，強調(diào)了它們互補的優(yōu)勢。結(jié)果表明，創(chuàng)新材料工程與先進制造技術(shù)的結(jié)合對于制造能夠進行多模態(tài)傳感和實時交互的傳感器至關(guān)重要。這種跨學(xué)科的方法有望擴展觸覺傳感器在各行各業(yè)的應(yīng)用范圍。

△未來的觸覺傳感器需要在不規(guī)則形狀而非平面形狀下工作，以適應(yīng)可穿戴設(shè)備、醫(yī)療應(yīng)用和機器人應(yīng)用，因此需要傳感器形狀具有高度的自由度

利用AI優(yōu)化3D打印觸覺傳感器

研究還探討了將人工智能與觸覺傳感器結(jié)合，以實現(xiàn)高級數(shù)據(jù)處理和多刺激檢測的潛力。人工智能驅(qū)動的觸覺輸入分析，例如紋理和壓力識別，能顯著提高設(shè)備的準(zhǔn)確性和功能性。這種集成預(yù)示著模仿人類感官能力并實現(xiàn)更高運行效率的下一代傳感器的到來。

Ryu教授指出：“基于人工智能的多感官傳感器預(yù)計將為多個領(lǐng)域帶來創(chuàng)新進步�！痹撗芯繛殚_發(fā)與人類需求無縫集成的智能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，涵蓋從醫(yī)療監(jiān)測到機器人界面的應(yīng)用。