3d人体智能测试软件,神奇的3D触觉“电子皮肤”！人体监测“无侵入”，智能机器人“可感知”...

基于纳米复合材料薄膜的电子皮肤器件

SEM图像显示粗糙的结构不规则地分布在纳米复合材料的表面上，在整个上下表面上具有良好的一致性。激光扫描共聚焦显微镜测量的纳米复合材料表面高度分布数据和高度概率密度分布如图S2、S3所示。

结果表明，粗糙表面结构高度的概率密度分布近似符合高斯分布，平均值μ为39.15 μm，标准差σ为5.21 μm。

随着压力的增加，压阻复合材料的应变变大，有效杨氏模量变大。同时，多壁-碳纳米管网络互连形成的导电通道数量也在增加，使得器件的灵敏度降低。

图2 (a) 柔性触觉传感器阵列的制作流程；(b, c) 纳米复合材料在不同放大倍数下的表面结构俯视图；(d) 具有双粗糙表面的纳米复合薄膜的侧视图；(e, f) 纳米复合材料中多孔结构的高倍扫描电镜图像；(g) 单个碳纳米管的放大图。

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基于电子皮肤的动态信号检测

采用与传感器阵列相同的结构和工艺流程制备了尺寸为4 mm×8 mm的单传感器并提供5V电压，对人体不同的肢体动作检测，如图3所示。

在脉搏波形中可以清楚地识别出周期中的两个峰值和冲击峰P和重搏波峰D，可用于辅助诊断诸如胰腺炎和十二指肠球部溃疡等疾病。这意味着潜在的生物医学、人体监测和疾病诊断方面方便灵活和无侵入性的应用。

此外单传感器能够用于检测人说话时喉咙肌肉的运动，如图3d-f所示，传感器输出信号具有明显的周期性和一致性，该器件为利用机器学习方法监测和识别人声提供了良好的依据，显示出实际应用的价值。

图3. (a) 在不同压力下，传感器从-5V到5V的I-V曲线；(b) 检测人体手腕脉冲；(c) 检测手指弯曲；(d-f) 检测不同语音和咳嗽信号；(g) 检测微小压力25mg和5mg；(h) 局部气流检测。

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触觉传感器的压阻性能和应用

对传感器阵列进行压阻测量，图4a显示了在大范围的正向压力下一个敏感单元表现出的明显两个阶段的电阻响应。

灵敏度的变化特点使传感器在小压力下实现高灵敏度，在高压下保持大的测量范围而不饱和，适合机器人和人机交互的多场合应用。

图4b显示了一个凸起下方四个单元的电阻响应和灵敏度，不同单元间的偏差小于12%。考虑到敏感单元的对称分布和相同结构，通过相应单元的电阻差值可以得到不同平面上空间力的幅值和角度。

通过与最近的电子皮肤传感器比较，显示了3D触觉传感器在响应时间和灵敏度等方面的出色综合性能。

图4. (a) 在正压力下触觉传感器的电阻响应和灵敏度；(b, c) 单个元件中不同单元的电阻响应和灵敏度；(d) 45°切向力作用下的响应曲线；(e) 单个元件对XOY平面中不同角度及大小切向力(0°≤θ≤180°)的电阻响应；(f) 相应敏感单元对XOZ平面中不同角度(-90°≤α≤90°)空间力的电阻响应差值。