青島大學：研發的超靈敏觸摸傳感器能"感知"4英寸外的事物

研究人員利用一種對電場敏感的3D打印材料制造出了一種新型傳感器，它能準確識別和分辨10厘米（約4英寸）外的物體，而無需用手觸摸。這種非接觸式觸摸傳感器可將類人機器人的靈敏度提升到一個新的水平。

過去幾年來，在生產可彎曲、扭曲和折疊的電子產品方面取得了重大進展，從而產生了各種功能性可穿戴設備。可以理解的是，將下一代觸摸傳感器集成到電子人體皮膚中已成為一個重要的考慮因素，并有可能應用于機器人、健康和科技領域。

集成了非接觸式傳感技術的電子皮膚可以讓許多人受益。例如，能夠揮動手指或做出手勢來啟動軟件將非常方便--尤其是對于那些無法手持設備的人來說。此外，視覺障礙者也可以安全地繞過障礙物。當然，這種功能可以擴展到任何連接到物聯網（IoT）的設備。

目前的大多數觸摸傳感器都依賴于直接觸摸物體，從而在傳感器中產生可測量的物理變形和相應的力。然而，根據青島大學研究人員的一項新研究，我們可能離非接觸式傳感更近了一步。他們開發出了一種靈敏度的觸摸傳感器，無需直接接觸被檢測物體即可工作。

該研究的通訊作者之一李新林說："為了實現更高的靈敏度和多功能性，我們開發出了新型復合薄膜，它具有令人驚訝且非常有用的電學特性。"

為了制作復合薄膜，研究人員將少量氮化石墨碳（GCN）與聚二甲基硅氧烷（PDMS）3D打印成網格狀。令人驚訝的是，他們發現將這兩種具有高介電常數（衡量在電場中存儲電能的能力）的材料結合在一起后，材料的介電常數很低，因此傳感器對電場更加敏感。

(a) 手指接近傳感器的示意圖；(b) 手指與傳感器之間的距離在 0 至 150 毫米之間時，電容變化與距離之間的關系

研究人員用自己的手指作為被檢測物體對網格的功能進行了測試，發現網格能感應到0.5至10厘米（0.2至3.9英寸）遠的手指，而且無需實際觸摸，就能清晰地將手指識別為三維物體。在圓桌和三棱鏡上進行測試后，傳感器可以準確識別和區分不同的形狀和動作。

李說："在靈敏度、響應速度和多次使用后的穩定性方面，性能都非常出色。這為可穿戴設備和電子皮膚領域帶來了新的可能性。"

在傳感器取得成功性能之后，研究人員將其集成到一塊印刷電路板上，創建了一個能夠遠程監控人體運動的統一系統。包含新型傳感器的電子皮膚貼在手腕上，確保與專門用于捕捉物體三維形狀的設備持續連接，并利用 4G 技術將物體的三維形狀實時無線傳輸到智能手機、智能手表和電腦上。

研究人員計劃改進傳感技術，以便大規模生產。他們還將探索檢測形狀和運動以外的可能性。

來源：傳感器專家網