哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院和威斯生物啟發(fā)工程學院的研究人員已經開發(fā)出一種超靈敏，彈性極強的應變傳感器，該傳感器可以嵌入紡織品和軟機器人系統(tǒng)中。

　　這項研究發(fā)表在《 自然》上。

　　SEAS和Wyss研究所材料科學與機械工程研究助理，論文的第一作者Oluwaseun Araromi說：“當前的軟應變儀確實很敏感，但也很脆弱?！?“問題在于我們正在以一種矛盾的形式工作-高靈敏度傳感器通常非常脆弱，而非常強壯的傳感器通常并不十分敏感。因此，我們需要找到能夠為我們提供足夠的每種特性的機制?！?/p>

　　最后，研究人員創(chuàng)建了一個外觀和行為非常類似于Slinky的設計。

　　“ Slinky是由剛性金屬制成的實心圓柱體，但是如果將其圖案化為這種螺旋形狀，則可以拉伸，” Araromi說?！斑@基本上就是我們在這里所做的。我們從一種剛性的松散材料開始，在這種情況下是碳纖維，然后對其進行構圖，以使該材料變得可拉伸?！?/p>

　　這種圖案被稱為蛇形蜿蜒曲折，因為其劇烈的起伏類似于蛇的滑行。然后將圖案化的導電碳纖維夾在兩個預應變的彈性基底之間。

　　傳感器的總電導率會隨著圖案化碳纖維的邊緣彼此不接觸而發(fā)生變化，類似于拉動兩端時，緊身褲的各個螺旋彼此不接觸。即使應變很小，也會發(fā)生此過程，這是傳感器高靈敏度的關鍵。

　　與當前的高靈敏度可拉伸傳感器依靠硅或金納米線等奇特的材料不同，該傳感器不需要特殊的制造技術，甚至不需要潔凈室?？梢允褂萌魏螌щ姴牧现瞥?。

　　研究人員通過用手術刀刺傷傳感器，用錘子敲擊，用汽車撞過去并扔進洗衣機十次來測試傳感器的彈性。傳感器毫不費力地從每次測試中生存下來。

　　SEAS的研究生Moritz Graule展示了帶有嵌入式傳感器的織物手臂套。

　　Oluwaseun Araromi /哈佛大學SEAS

　　為了證明其敏感度，研究人員將傳感器嵌入到織物臂套中，并要求參與者用不同的手勢進行動作，包括拳頭，手掌張開和捏捏動作。傳感器通過織物檢測到受試者前臂肌肉的細微變化，并且機器學習算法能夠成功地對這些手勢進行分類。

　　“這些彈性和機械堅固性的特點使該傳感器進入了一個全新的陣營，” Araromi說。

　　從虛擬現(xiàn)實模擬，運動服到帕金森氏病等神經退行性疾病的臨床診斷，這樣的袖子可用于各種場合。

　　哈佛大學技術開發(fā)辦公室已申請保護與該項目相關的知識產權。

　　SEAS的查爾斯河工程與應用科學教授，該研究的資深作者羅伯特伍德說：“高靈敏度和彈性的結合是這種傳感器的明顯好處。但是，使該技術與眾不同的另一個方面是組成材料和組裝方法的低成本。這有望減少在智能紡織品及其他領域普及該技術的障礙?！?/p>

　　SEAS的Paul A. Maeder工程與應用科學教授，該研究的合著者Conor Walsh說：“由于它與人體的緊密界面，我們目前正在探索如何將該傳感器整合到服裝中。這將使人們一整天都能進行生物力學和生理學測量，從而實現(xiàn)令人興奮的新應用，而當前的方法是不可能的?！?/p>