江南大学：受蝉翼启发的高灵敏度触觉传感器，用于人工智能等

成果简介

具有触觉和压力感应功能的电子设备在自动化行业、人体运动/健康监测和人工智能应用中越来越受欢迎。受蝉翅膀的自然纳米形貌的启发，本文，江南大学黄云鹏副教授、刘天西教授课题组在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Cicada-Wing-Inspired Highly Sensitive Tactile Sensors Based on Elastic Carbon Foam with Nanotextured Surfaces”的论文，研究提出了一种简单的策略，通过在导电和弹性的三维（3D）碳骨架上对竖立的聚苯胺（PANI）纳米针进行纳米纹理处理来制造高灵敏度的触觉传感器。

稳健且可压缩的碳网络为满足复杂场景提供了弹性和传导矩阵;仿生PANI纳米针牢固而密集地固定在3D碳骨架上，在微妙的变形下提供亲密的电接触。因此，压阻式触觉传感器具有超高灵敏度（33.52 kPa–1）、快速响应/恢复能力（97/111 ms）和可重复的传感性能（2500 次循环），能够区分 4.66 Pa 至 60 kPa 宽压力范围内的运动，检测空间压力分布，并以无线方式监控各种手势。这些优异的性能证明了受自然启发的触觉传感器在实际人体运动监测和人工智能应用中的巨大潜力

图文导读

图1.蝉翼启发的高灵敏度触觉传感器的制造工艺。

图2.（A–F）ECF的SEM图像。（G-I）PANI/ECF的SEM图像

图3.具有不同 ANI/APS 摩尔比的 PANI/ECF 复合气凝胶的 SEM 图像

图4、材料表征

图5.PANI/ECF 触觉传感器的压阻式传感性能。

图6、在检测各种人类活动方面的潜在应用

图7.（A） 无线PANI/ECF传感器的设计和构造。（B–E）电流信号对应于手机捕获的不同人类手势。（F） 基于 PANI/ECF 触觉传感器的组装传感器阵列的照片，具有 4 × 4 像素。（G） 传感器阵列上重量为 10、20 和 50 g 的不同物体的数码照片和 （H） 压力映射图。

小结

综上所述，通过模拟蝉翅自然演化的纳米形貌，通过碳化策略和竖立的PANI纳米针原位聚合制备了一种高度可压缩且机械强度高的PANI/ECF复合泡沫。结合3D碳网络的高可压缩性、导电性和鲁棒性，以及它与纳米纹理PANI纳米针之间的紧密电接触，用作柔性触觉传感器的仿生复合泡沫表现出令人印象深刻的压阻传感能力。此外，压阻式触觉传感器还可用于实时检测空间压力分布，并以无线方式监测手势运动，展示了自然触觉传感器在个人健康监测、人机交互等方面的巨大潜力。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.2c22204