基于陶瓷颗粒的柔性传感器材料，佳美机械梅工18540392279

最近，EMPA（瑞士联邦材料科学与技术研究所）高性能陶瓷实验室的研究人员开发了基于陶瓷颗粒的柔性只能传感器材料。这种材料有望用来制造能够感知温度或触感的机器人。

Empa的研究人员展示基于陶瓷颗粒的柔性传感材料

传感器可以“感知”温度、应变、压力或湿度，它们应用广泛，在越来越多的领域发挥重要作用。EMPA研究员，也是项目负责人Frank Clemens 表示，“当今的机器人笨重且非常强大。它们对人类来说可能是危险的——如果你不小心碰到了另一个人，你会自动躲开，将来我们要越来越多地与机器人共享工作场所，它们应该对触摸做出快速而敏感的反应。” Clemens表示，医学领域也需要软传感器——该团队最近与 IDUN Technologies 公司完成了一个 Innosuisse 项目，在该项目中他们生产了用于脑电波测量的柔性电极。

团队负责人Empa研究员Frank Clemens

制备方法

陶瓷颗粒的选择很复杂，功能性配方体系中包含铌酸钾钠和氧化锌等材料，还使用碳颗粒。Clemens说，“我们采用热塑性塑料制成的基质，并在其中填充尽可能多的陶瓷颗粒，而不会影响基质的弹性。”如果这种高度填充的基质随后被拉伸、压缩或暴露于温度波动中，陶瓷颗粒之间的距离就会发生变化，传感器的电导率也会随之变化。利用3D 打印，研究人员还可以将陶瓷传感器作为一种“神经”嵌入到柔性组件中。

应用与完善

该研究小组成功地生产出了仅对压力或温度做出非常选择性反应的软传感器。研究人员将这些传感器集成到假手中，不仅能“感知”手指的弯曲，并且能“感知”接触热的表面——这种“敏感性”对于机器人抓取工具和人体假肢来说都是一个优势。团队还更进一步开发了一种柔软的“机器人皮肤”，并与剑桥大学的研究人员一起开发了一个AI模型，并使用来自约4500次测量的数据对其进行训练。在他们最近的项目中，研究人员能够将陶瓷传感器与人造肌肉结合起来。他们与苏黎世联邦理工学院和东京大学的研究人员一起开发了一种生物混合机器人，可以借助柔软的、生物相容性的、组织集成的压阻传感器来识别其收缩状态。

这项工作还远未结束：研究人员希望使他们的软陶瓷传感器更加灵敏和智能。这涉及将新型陶瓷材料和软聚合物相结合并优化其传感器性能。成功的秘诀在于这两个组成部分的相互作用。