Новости

Sep 03, 2023

Сверхвысокий

npj Гибкая электроника

npj Flexible Electronics, том 6, номер статьи: 54 (2022 г.) Цитировать эту статью

Доступы за 2016 год

3 цитаты

10 Альтметрика

Подробности о метриках

Новые тактильные сенсорные устройства имитируют биологические функции механорецепции человека. Внедряя функцию оптической прозрачности, можно объединить возможности тактильного и визуального интеллекта в единую систему. Тем не менее, сложно реализовать сверхвысокий уровень оптической прозрачности и чувствительности устройства в одной структуре, поскольку широко используемые методы повышения чувствительности, такие как повышение шероховатости поверхности, могут еще больше снизить прозрачность. Используя прозрачный ионный материал с настраиваемой топологией поверхности, а также внедряя стратегию согласования показателей преломления, мы предложили прозрачное устройство ионного зондирования (TIS), основанное на механизме ионного зондирования, одновременно обеспечивающее комбинированную высокую чувствительность устройства (83,9 кПа). 1) со сверхвысокой оптической прозрачностью (96,9%), что является самым высоким значением, указанным в литературе. Благодаря своим комплексным сенсорным и оптическим характеристикам устройства TIS обладают огромным потенциалом для человеко-машинных интерфейсов для промышленных и медицинских приложений.

Тактильные ощущения, представляющие собой важную функцию восприятия и сбора информации для человека, в последние годы стали активной темой исследований и разработок1,2. Чтобы получить желаемую сенсорную информацию, часто используются гибкие технологии тактильного восприятия, реализующие процесс аналого-цифрового преобразования, который имитирует биологические функции тактильного восприятия3. Чувствительность устройства, являющаяся ключевой характеристикой производительности, играет важную роль при разработке тактильного датчика, оценивая способность чувствительности при минимальных разрешимых изменениях давления3. Благодаря высокой чувствительности устройства тактильный датчик позволяет использовать специальные приложения, такие как распознавание прикосновений и жестов, а также обнаружение физиологических сигналов4. Недавние технологические тенденции в объединении датчиков и обнаружении мультимодальности создают дополнительные стимулы для включения специальных функций в существующие схемы. С этой целью включение оптических свойств в тактильные датчики может привести к увеличению функциональности и возможностей как в приложениях тактильного, так и визуального интеллекта5, например, в медицинской визуализации, мониторинге здоровья, а также в электронных шкурах6. В частности, тактильный эндоскоп с прозрачной силовой обратной связью, воздействующей на объектив, может обнаруживать и сообщать о потенциальном физическом контакте с внутренними тканями и органами и, как следствие, может служить желательной функцией безопасности или навигационным сигналом для клинических пациентов. диагностические и хирургические операции катетеризации7. Кроме того, высокопрозрачные и чувствительные тактильные датчики могут быть внедрены в носимую электронику, от которой можно непрерывно регистрировать многочисленные физиологические сигналы, такие как формы колебаний артериального давления, частота сердечных сокращений, частота дыхания и артериальное давление, сохраняя при этом оптические характеристики. незаметность8. Кроме того, прозрачный человеко-машинный интерфейс может предложить особый пользовательский опыт за счет внедрения возможности трехмерного измерения силы в обычный сенсорный экран, обеспечивая точное распознавание объектов и тактильную обратную связь для дополненной реальности и игровых приложений9. Однако современным прозрачным гибким тактильным датчикам по-прежнему сложно достичь сверхвысокого уровня оптической прозрачности и чувствительности устройства в одном устройстве.

С технической точки зрения, коэффициент пропускания света отражает общий уровень поглощения и рассеяния света в среде, а также отражение света на границе раздела10,11. Чтобы улучшить светопропускание тактильного сенсорного устройства, текущие исследования в основном сосредоточены на изменении внутренней оптической прозрачности строительных материалов. Хотя оптические потери из-за поглощения и рассеяния можно свести к минимуму путем тщательного выбора и модификации самого материала с самым высоким коэффициентом пропускания света, равным 99,94%, как сообщается12, общий коэффициент пропускания устройства по-прежнему сложно достичь на высоком уровне (например, выше, чем 95%) из-за отражений света, присутствующих на нескольких границах раздела материалов внутри структуры датчика. Примечательно, что оптические потери на границе раздела становятся значительно значительными, когда встречается грубая топология границы. Поэтому дальнейшее улучшение прозрачности устройств требует альтернативных подходов к решению проблемы оптических потерь, вызванных такими межфазными отражениями света. Чтобы тактильные сенсорные устройства достигли желаемо высокой чувствительности, крайне важно спроектировать интерфейс с большой площадью поверхности для обнаружения13. Поэтому были дополнительно исследованы многочисленные интригующие стратегии, такие как пирамидальные, микроигольчатые, нановолокнистые и биоинспирированные структуры, чтобы создать «грубую» конфигурацию функционального слоя или электрода14. Такая топология интерфейса может привести к повышению чувствительности устройства, поскольку она генерирует более заметный уровень деформации или большую площадь поверхностного контакта при тех же внешних нагрузках15. К сожалению, эти модификации могли отрицательно повлиять на общую прозрачность устройства16, которая в основном оценивается по коэффициенту пропускания света5. Таким образом, оптическая прозрачность тактильных датчиков, особенно емкостных датчиков, часто демонстрирует обратную тенденцию, связанную с чувствительностью устройства17.