厲害了!英國用石墨烯研發出自發電人工皮膚,為機器人提供全面觸覺反饋

    21世紀,雖然早就知道在科技的浪潮中是逆水行舟不進則退,但真真的沒有想到,浪潮翻滾的這么快。當我們剛剛了解到人工皮膚、電子皮膚、LED電子顯示皮膚之后,英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員又出奇招,設計出可以自供電的柔性皮膚。

  這是一種基于石墨烯的透明柔性電容式觸控傳感器,不僅提供觸控偵測,還搭載了壓力感測功能。由于它是透明的,所以觸覺感應層可堆棧在剛性或柔性的太陽光電(PV)電池上,從而在操作時自動供電。

  研究人員在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊發表了“自供電、柔性且透明的觸覺皮膚”(Energy-Autonomous, Flexible, and Transparent Tactile Skin)一文,揭示了這種看似簡單但工藝高度可擴展的新途徑,可望實現創新的電容式壓力傳感器。研究人員有信心可進一步擴展,為機器人與義肢等應用提供全面的觸覺反饋。

 

  為了證明傳感器在實際電子皮中的可用性,研究團隊將其整合在先進仿生手的中間和近側指骨處,并透過簡單的讀取接口電路設計并建置在柔性聚酰亞胺PCB,從而將石墨烯傳感器的電容變化轉換成電壓。他們能夠展示實時壓力映像,如仿生手臂抓住一個軟球,并用讀取電路實現實時觸覺反饋回路,控制手的捉取程度。

  

  具有觸覺反饋能力的仿生手捉取一個軟球(左)。而在圖右,圍繞在中間和近側指骨的電容式傳感器的顏色圖表示讀取電壓調變。插圖是用于控制抓取力(相對于傳感器讀數)的邏輯圖。

  為了實現自供電的解決方案,研究人員將透明傳感器堆棧在商用非晶硅太陽能電池頂部。研究人員證實,盡管在這次的實驗中采用39.6x22.9mm2電池,可供電160μW cm2,傳感器在觸控期間分別消耗了31W和55nW。感應層僅消耗超低功率——20nWcm2,比PV能量采集的供電更少了10倍左右。

  

在太陽能電池頂部堆棧石墨烯透明觸控傳感器

  研究人員的結論是,大型的透明傳感器采用柔性且可拉伸的PV電池堆棧,不僅提供了自供電的電子皮膚,還能經由儲存多余電力或用于驅動致動器,從而有助于為機器人等系統提高效率。這些傳感器也可用于開發功能性服飾,包括頭盔、手套等應用均可從中收集有用的壓力數據。