科技日報記者?張夢然

美國南加州大學工程學院研究人員受折紙啟發(fā)創(chuàng)造出一種新的傳感器，這些傳感器有朝一日可用于檢測器官微小變形從而預測疾病，也可用于可穿戴設備和柔性機器人。論文發(fā)表在最新一期《科學進展》上。

新型傳感器。圖片來源：南加州大學工程學院趙航波研究小組

該論文通訊作者、南加州大學航空航天、機械工程和生物醫(yī)學工程助理教授趙航波指出，創(chuàng)建能夠顯著拉伸、快速響應、即使在測量大的動態(tài)變形時也能提供精確讀數(shù)的傳感器，是一個極大挑戰(zhàn)。

目前的可拉伸應變傳感器大多使用橡膠等柔性材料，但經(jīng)過重復使用后，材料特性可能發(fā)生不可逆的變化，從而產(chǎn)生與變形檢測相關的不可靠指標。

研究人員因此設計了一種新型的傳感器結構。受折紙的啟發(fā)，堅硬的材料被折疊起來，面板的每一側(cè)都有電極。人們可以將該傳感器想象成一本顛倒的、打開的書，在封面和封底有兩個電極。當電極展開時，電極之間的電場強度就能被捕獲，團隊開發(fā)的模型將該讀數(shù)轉(zhuǎn)換為捕獲變形幅度的測量值。

新傳感器可拉伸至原始尺寸的3倍，即使重復使用也具有很高的傳感精度。此外，傳感器響應速度非?？?，可在不到22毫秒的時間內(nèi)檢測到非常微小區(qū)域（約5平方毫米）的變形，還能檢測來自不同方向的應變。

研究人員表示，此類傳感器可準確測量復雜而大量的變形，也可應用于感知柔性機器人的運動、跟蹤人體關節(jié)的運動，甚至監(jiān)測膀胱等器官以確定可能預示疾病的異常情況。

總編輯圈點

隨著柔性可穿戴設備的發(fā)展，可拉伸應變傳感器的作用也越發(fā)重要。通常來說，它測量的是機械形變轉(zhuǎn)換成的電信號，用于人機交互、健康監(jiān)測等領域。不過，橡膠這種傳統(tǒng)的可拉伸應變傳感器材料很難經(jīng)住長期重復使用，影響傳感器的準確性。本文的研究者設計了一種折紙式創(chuàng)新結構，配合專用模型，將電場強度轉(zhuǎn)換為變形幅度的測量值。這種新型傳感器可以描摹更大幅度更復雜的運動變形，在醫(yī)療健康領域具有極大潛力。