研究討論壓阻式傳感器應用的進展

電子皮膚（e-skin）是一項具有重要意義的柔性技術(shù)，可以準確復制人體皮膚的各種功能。它在假肢、機器人和醫(yī)療檢測和診斷設(shè)備方面具有顯著的潛力。

電子皮膚響應外部豐富多樣的刺激（如溫度、壓力、應變、彎曲、振動和滑動）的關(guān)鍵功能組件是賦予其出色傳感能力的柔性觸摸傳感器。基于壓阻效應，該范例中的柔性觸覺傳感器具有低能耗、廉價、高靈敏度和寬檢測限。因此，靈活的壓阻式傳感器正在尋找廣泛的應用，并且由于可靠和放大制造而成為最熱門的研究課題之一。力引起的電阻變化原理構(gòu)成了壓阻式傳感器設(shè)計的基礎(chǔ)。在過去的十年中，越來越多的研究旨在提高柔性壓阻傳感器的性能。已針對更高的靈敏度、檢測限、均一性、一致性、響應性和恢復時間進行了系統(tǒng)研究。出于這些原因，柔性壓阻式傳感器的設(shè)計和生產(chǎn)采用尖端材料制造技術(shù)，如靜電紡絲、光刻、激光加工、冷凍干燥和 3D 打印。

用于電子皮膚的柔性壓阻式傳感器通常必須滿足幾個要求，包括生物相容性、拉伸時的靈活性和無線信號傳輸。例如，將聚合物與導電材料結(jié)合可以實現(xiàn)壓阻式傳感器的高傳感性能，它兼具靈活性和可擴展性。在此過程中，柔性壓阻式傳感器研究領(lǐng)域的進步和改進正在自動警報、可視化，甚至體內(nèi)植入和體征監(jiān)測等領(lǐng)域取得進展。這些快速的進步使靈活的壓阻傳感器能夠執(zhí)行人類皮膚以外的任務(wù)，例如物體的聲音感知和微觸覺操作，另一方面輔助假肢，以及機器人實現(xiàn)觸覺功能。

研究人員對柔性壓阻式傳感器的設(shè)計理念、傳感架構(gòu)和應用開發(fā)進行了全面分析。目前的綜述首先介紹了基于各種材料的壓阻響應的基本原理，為創(chuàng)建良好的柔性壓阻傳感器提供了理論基礎(chǔ)。金屬、導電碳化合物、半導體、導電聚合物和絕緣聚合物是可用于制造壓阻傳感器的材料。雖然半導體材料的壓阻通常依賴于外部因素下改變的載流子遷移率，但金屬材料的壓阻效應主要基于幾何尺寸的變化。這兩種材料的制造通常非常堅硬且復雜，這使得它們在柔性壓阻傳感器中不太常見。導電復合材料也得到了大量的研究。滲流理論、隧道機制以及接觸面積和接觸點的變化是它們的一些基本概念。

然后，審查徹底檢查了柔性壓阻傳感器的重要部分，即傳感結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以創(chuàng)建為微突起、裂紋、纖維、孔隙和復合結(jié)構(gòu)，為改進柔性壓阻傳感器的關(guān)鍵功能提供了創(chuàng)新。該范例徹底涵蓋了制造、結(jié)構(gòu)和傳感性能之間的聯(lián)系。例如，即使適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計可以顯著提高傳感器的靈敏度，但由于傳感機制和所用材料的限制，柔性壓阻式傳感器經(jīng)常無法在高靈敏度和寬檢測范圍之間取得平衡。盡管這通常伴隨著復雜的制造工藝，但柔性壓阻式傳感器可以通過復合結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)出色的靈敏度和寬線性響應范圍。正如本文所討論的，快速發(fā)展的 3D 打印技術(shù)在生產(chǎn)具有復雜設(shè)計的壓阻結(jié)構(gòu)方面具有優(yōu)勢，能夠以高精度和高效率快速制造，以支持柔性壓阻傳感器的未來發(fā)展。

該文章的摘要涵蓋了在電子皮膚中使用柔性壓阻傳感器用于假肢和機器人開發(fā)、語音識別、健康監(jiān)測和其他目的。柔性壓阻式傳感器可以檢測健康監(jiān)測中的大規(guī)模人體運動和小力生命體征（如脈搏和心跳）。適應性強、靈敏度高的壓阻式傳感器可以響應語音的各種特征峰值，并實現(xiàn)音量和音色檢測?？烧{(diào)壓阻式傳感器也可用于醫(yī)療和手術(shù)機器人，以防止不必要的傷害。

最后，作者總結(jié)了本文所涉及的柔性壓阻傳感器未來研究的主要方向，并談到了潛在的應用和挑戰(zhàn)，如在避免干擾噪聲的同時保持高靈敏度，追求穩(wěn)定和長期的性能，實現(xiàn)便攜式無線信號傳輸和收藏。解決這些問題和困難無疑將導致對柔性壓阻傳感器進行持續(xù)的、創(chuàng)造性的改進。