靈敏度高重要的意義、線性傳感范圍寬的柔性壓力傳感器在機器人觸覺的過程中、健康監(jiān)測、可穿戴設(shè)備領(lǐng)域具有重要應(yīng)用將進一步。構(gòu)筑微結(jié)構(gòu)可以提高傳感器的靈敏度充分發揮，但由于軟材料在壓力作用下的結(jié)構(gòu)硬化問題使傳感器的響應(yīng)逐漸飽和發展成就，導(dǎo)致器件呈現(xiàn)較窄的傳感范圍和顯著的非線性響應(yīng)成就。

針對這一問題，來自南方科技大學(xué)的郭傳飛教授團(tuán)隊設(shè)計了由微穹頂陣列與帶有次級微柱的微穹頂（分級微穹頂）陣列而形成的一種分級互鎖結(jié)構(gòu)開展面對面，有效提升界面結(jié)構(gòu)的可壓縮性系統，顯著降低結(jié)構(gòu)硬化，實現(xiàn)柔性壓力傳感器的高靈敏度（49.1 kPa-1）進一步提升、線性響應(yīng)（相關(guān)系數(shù)R2>0.995）和寬傳感范圍的統(tǒng)一（~485 kPa）空間廣闊。傳感器的響應(yīng)/恢復(fù)時間小于5 ms，可以檢測頻率高達(dá)200 Hz的振動刺激改革創新，顯示出良好的動態(tài)響應(yīng)特性知識和技能。將傳感器用于機械手的抓取任務(wù)中，結(jié)合機器學(xué)習(xí)新模式，幫助機械手識別被抓取物體的重量實現，提升機器人觸覺感知能力。相關(guān)工作以“Graded Interlocks for Iontronic Pressure Sensors with High Sensitivity and High Linearity over a Broad Range"為題發(fā)表于國際期刊《ACS Nano》組織了。

該研究使用面投影微立體光刻技術(shù)（nanoArch S130服務體系，摩方精密）打印具有微穹頂結(jié)構(gòu)以及分級微穹頂結(jié)構(gòu)的樹脂作為模具說服力，進(jìn)一步地，通過模板法獲得具有微穹頂結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂/Au電極及離子膜分析。打印模具尺寸：9 mm×9 mm×1.5 mm表示，單個微穹頂尺寸（電極模具）：寬290 μm，高480 μm非常激烈；次級微柱尺寸（離子膜模具）：直徑28 μm競爭力所在，高70 μm。每層打印精度設(shè)置為5 μm設備製造，以實現(xiàn)分級互鎖結(jié)構(gòu)的高精度分享、定制化打印。

這項工作為制造具有高靈敏度信息化、高線性度和寬壓力響應(yīng)范圍的柔性壓力傳感器提供了一種策略方式之一，在未來的觸覺器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1. 分級互鎖結(jié)構(gòu)的可壓縮性及器件傳感原理

分級互鎖結(jié)構(gòu)由微穹頂結(jié)構(gòu)與帶有次級微柱的微穹頂結(jié)構(gòu)組成新型儲能。微柱在分級互鎖結(jié)構(gòu)中具有重要作用創新能力。一方面，它提高了結(jié)構(gòu)的可壓縮性範圍，減少結(jié)構(gòu)硬化求得平衡，使應(yīng)力分布更均勻，有助于實現(xiàn)線性形變空間廣闊；另一方面至關重要，微柱結(jié)構(gòu)的引入減小了電極與離子膜之間的起始接觸面積，可有效提高了器件的靈敏度（圖1）服務品質。

圖2. 分級互鎖型柔性壓力傳感器的制備

該研究使用面投影微立體光刻技術(shù)打印具有微穹頂結(jié)構(gòu)以及分級微穹頂結(jié)構(gòu)的樹脂作為模具的發生。進(jìn)一步地，通過模板法獲得具有微穹頂結(jié)構(gòu)的環(huán)氧樹脂/Au電極及離子膜影響，并與平面電極PET/Au組合新的動力、封裝，獲得分級互鎖型器件（圖2）發展契機。

圖3. 分級互鎖型柔性壓力傳感器的傳感性能

分級互鎖結(jié)構(gòu)的設(shè)計實現(xiàn)了器件的高靈敏度廣泛關註、高線性度及寬傳感范圍的統(tǒng)一，同時提升了器件的響應(yīng)速度發力，實現(xiàn)對高頻振動刺激的精準(zhǔn)檢測優勢領先，呈現(xiàn)出良好的動態(tài)響應(yīng)特性（圖3）。

圖4. 分級互鎖型柔性壓力傳感器的線性傳感特性

將該傳感器用于開發(fā)線性響應(yīng)的電子天平共創美好，并用于測量幾種未知物體的重量推動並實現，其輸出結(jié)果與商業(yè)電子天平的稱量結(jié)果幾乎一致，表明了自制電子天平對質(zhì)量的測量比較準(zhǔn)確協調機製、可靠信息化，而且無需額外的非線性校準(zhǔn)形勢，大大簡化數(shù)據(jù)處理過程（圖4）。

圖5. 基于機器學(xué)習(xí)的抓取任務(wù)感知與重量識別

柔性壓力傳感器的一個重要應(yīng)用是為機器人帶來觸覺感知能力取得明顯成效，使機器人能夠像人類一樣與外界互動服務機製。將分級互鎖型傳感器集成在氣動抓手表面，實現(xiàn)機械手在抓取物體時的觸覺感知使用；結(jié)合機器學(xué)習(xí)大幅拓展，幫助機械手識別物體的重量（圖5）。