水下環(huán)境感知對機(jī)器人操作至關(guān)重要。由于柔性傳感器能夠適應(yīng)各種形狀和表面，因此在深海生物捕獲、環(huán)境檢測和機(jī)械操作等科學(xué)應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，面對復(fù)雜的水下環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水下柔性傳感器以滿足眾多水下應(yīng)用的需求仍是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。本文，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所郭洪吉等研究人員在《ADVANCED MATERIALS TECHNOLOGIES》期刊發(fā)表名為“A Nanocrack-Based Graphene/PDMS-Encapsulated Medical Tape Flexible Sensor for Motion Detection of Underwater Robots”的論文，受仿生結(jié)構(gòu)啟發(fā)，如蝎子腿關(guān)節(jié)和荷葉表面，提出了一種基于石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）的柔性應(yīng)變傳感器，其敏感性基于納米裂紋效應(yīng)。

該醫(yī)用膠帶納米裂紋基傳感器展現(xiàn)出高靈敏度（GF = 1.98）、高疏水性（接觸角 = 133°）及彎曲循環(huán)穩(wěn)定性（5000次循環(huán)測試后ΔR/R0 < 0.2）。此外，該傳感器可應(yīng)用于機(jī)器人手部實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)姿態(tài)監(jiān)測與交互感知。本研究成果為水下柔性傳感提供了創(chuàng)新解決方案，對提升水下機(jī)器人及其他相關(guān)海洋領(lǐng)域的操作靈活性具有重要潛力和應(yīng)用價值。

圖文導(dǎo)讀

圖1、納米裂紋敏化石墨烯/PDMS 封裝醫(yī)用膠帶柔性應(yīng)變傳感器的制造工藝。

圖2. 在醫(yī)用膠帶上制造納米裂紋。

圖3、不同濃度石墨烯/PDMS 的形態(tài)特征。

圖4. NbG/PeMT 在水浸后發(fā)生變化。

圖5. 納米裂紋敏化石墨烯/PDMS 封裝的醫(yī)用膠帶柔性應(yīng)變傳感器的性能測試圖像。

圖6、NbG/PeMT集成到機(jī)械手食指的近端手指關(guān)節(jié)中。

圖7. NbG/PeMT的應(yīng)用集成了機(jī)械手，用于不同的手勢識別。

小結(jié)

一種基于納米裂紋的石墨烯/聚二甲基硅氧烷（PDMS）封裝醫(yī)療膠帶柔性傳感器用于水下機(jī)器人姿態(tài)檢測的新型方法已被提出。該傳感器的制造過程簡單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。其設(shè)計包括醫(yī)療膠帶基底、作為電極的納米裂紋金（Au）層，以及用于封裝的石墨烯/PDMS層。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于納米裂紋的石墨烯/PDMS封裝醫(yī)療膠帶傳感器應(yīng)變測量范圍可達(dá)30%，靈敏度為GF 1.98。經(jīng)過5000次疲勞測試后，傳感器展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定重復(fù)性。機(jī)器人手指姿態(tài)監(jiān)測實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該傳感器對水下機(jī)器人手部運(yùn)動狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測能力。綜上所述，我們提出了一種水下柔性傳感器的封裝方法。本文提出的NbG/PeMT傳感器具有高線性靈敏度、寬測量范圍、簡單結(jié)構(gòu)和良好重復(fù)性，使其在水下機(jī)器人姿態(tài)監(jiān)測及其他相關(guān)海洋領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)：

https://doi.org/10.1002/admt.202500620

來源：材料分析與應(yīng)用