韓國(guó)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(jué)傳感器效能

2025年1月5日,，南極熊獲悉,，韓國(guó)中央大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(jué)傳感器的靈敏度和適應(yīng)性,。這項(xiàng)研究突破了現(xiàn)有技術(shù)的局限性，為觸覺(jué)傳感器的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了新的道路,。

△相關(guān)研究已發(fā)表在《國(guó)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(jué)傳感器的制造策略”（傳送門(mén)）

研究背景

壓電傳感器依賴(lài)于非中心對(duì)稱(chēng)材料（如石英和PVDF）中的機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電壓,，而摩擦電傳感器則依賴(lài)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(dú)特優(yōu)勢(shì),，但它的應(yīng)用范圍一直受限于材料的脆性和對(duì)環(huán)境條件的敏感性,。

研究團(tuán)隊(duì)對(duì)壓電和摩擦電觸覺(jué)傳感器的制造策略進(jìn)行了全面的審視,，專(zhuān)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(jì)，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(qiáng)調(diào)：“我們提出的策略將有助于開(kāi)發(fā)適用于機(jī)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(jué)傳感器領(lǐng)域取得的技術(shù)進(jìn)步

在智能系統(tǒng)中,，壓電傳感器通過(guò)將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,。研究人員特別強(qiáng)調(diào)了通過(guò)摻雜,、控制結(jié)晶度和集成復(fù)合材料來(lái)提高壓電常數(shù)的重要性。顯著的進(jìn)展包括采用無(wú)鉛陶瓷和聚合物混合物,，制造出既柔性又環(huán)保,、適合動(dòng)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(duì)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(lái)增強(qiáng)性能,。這些策略提升了電荷轉(zhuǎn)移效率,，促進(jìn)了耐用、高輸出傳感器的開(kāi)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(shí),，提高摩擦電性能的有效性。

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

△未來(lái)的觸覺(jué)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(jī)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(jué)傳感器

研究還探討了將人工智能與觸覺(jué)傳感器結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)高級(jí)數(shù)據(jù)處理和多刺激檢測(cè)的潛力,。人工智能驅(qū)動(dòng)的觸覺(jué)輸入分析,，例如紋理和壓力識(shí)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(lèi)感官能力并實(shí)現(xiàn)更高運(yùn)行效率的下一代傳感器的到來(lái),。

Ryu教授指出：“基于人工智能的多感官傳感器預(yù)計(jì)將為多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新進(jìn)步,。”該研究為開(kāi)發(fā)與人類(lèi)需求無(wú)縫集成的智能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ),，涵蓋從醫(yī)療監(jiān)測(cè)到機(jī)器人界面的應(yīng)用,。