可同时识别拉伸与压力的柔性传感器设计与应用

王莎莎，胡特特

(1.中南大学机电工程学院，湖南长沙 410083；2.中南大学高性能复杂制造国家重点实验室，湖南长沙 410083)

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人体运动监测是当今国际学术研究的热点问题之一，而传感器是实现人体运动监测的先决条件。研究开发可同时监测拉伸与压力信息的柔性传感器是非常迫切且是最具有挑战性的，这种传感器将在运动健身、人机交互、医疗康复和娱乐等领域具有广泛的应用前景[1-3]。

同听觉、嗅觉、视觉和味觉相比，触觉是最难模仿的感觉，且感知的信息更为复杂，传感器作为实现人体运动监测的关键技术，将影响可穿戴电子设备的设计与未来发展[4-5]。许多可穿戴和可植入传感器已经在动作捕捉和健康监测方面取得了显著的发展。传统传感器的电极多由具有固定脆性和刚性的单晶硅、多晶金属和金属氧化膜或不能扩展的石英光纤组成，极大地限制了传感器的大变形(拉伸、扭转和弯曲)，也难以与曲面紧密结合，不适用于人体运动的监测，极大地影响了软体机器人、可伸缩电子和生物医学等研究领域的应用与发展[1,6-8]。因此，设计与制造兼顾高柔性、可拉伸性、轻量化、稳定性和耐用性的传感器具有重大的研究意义和应用价值[2]。

目前，很多学者在可拉伸传感器、可穿戴传感器和人造皮肤等方面的研究已经取得很大进展。H.Jeong[9]等人利用聚二甲基硅氧烷和银纳米线设计了一种新型柔性气隙压力传感器。通过电流大小判定电路通断，以此检测外部压力，虽然该传感器的灵敏度可达16.1 kPa-1，但该传感器只能用于检测压力而无法检测拉伸应变。……