新加坡國(guó)立大學(xué)(NUS)的一個(gè)研究小組在助理教授Chen Po-Yen的帶領(lǐng)下，開發(fā)出一系列新型納米材料應(yīng)變傳感器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，測(cè)量微小運(yùn)動(dòng)時(shí)的靈敏度提高了10倍，為提高工業(yè)機(jī)器人手臂的安全性和精確度邁出了重要一步。這些新型應(yīng)變傳感器采用名為MXenes的柔性、可拉伸和導(dǎo)電的納米材料制造，具有超薄、無(wú)電池和無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。

Chen教授解釋說(shuō)："傳統(tǒng)應(yīng)變傳感器的性能一直受限于所使用的傳感材料的性質(zhì)，用戶為特定應(yīng)用定制傳感器的選擇有限。在這項(xiàng)工作中，我們開發(fā)了一種控制MXenes表面紋理的簡(jiǎn)便策略，這使我們能夠控制各種應(yīng)變傳感器的傳感性能。這項(xiàng)工作中開發(fā)的傳感器設(shè)計(jì)原理將顯著提升電子皮膚和軟體機(jī)器人的性能。"

這些新型應(yīng)變傳感器可以像電子皮膚一樣涂抹在機(jī)械臂上，以測(cè)量它們被拉伸時(shí)的細(xì)微運(yùn)動(dòng)。當(dāng)沿著機(jī)械臂的關(guān)節(jié)放置時(shí)，這些應(yīng)變傳感器可以讓系統(tǒng)精確地了解機(jī)械臂的移動(dòng)程度以及它們當(dāng)前相對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)的位置。目前現(xiàn)成的應(yīng)變傳感器不具備執(zhí)行這一功能所需的精度和靈敏度。

該技術(shù)的突破在于開發(fā)了一種生產(chǎn)工藝，使研究人員能夠在一個(gè)較寬的工作窗口上制造出高度可定制的超敏感傳感器，具有高信噪比。傳感器的工作窗口決定了它在保持傳感質(zhì)量的同時(shí)可以拉伸多少，而擁有高信噪比意味著更高的精度，因?yàn)閭鞲衅骺梢詤^(qū)分機(jī)械臂的細(xì)微振動(dòng)和微小運(yùn)動(dòng)。

這種生產(chǎn)工藝使得團(tuán)隊(duì)可以在保持高靈敏度和信噪比的前提下，將傳感器定制到0-900%之間的任何工作窗口。標(biāo)準(zhǔn)傳感器通?？梢詫?shí)現(xiàn)100%的范圍。通過(guò)將多個(gè)具有不同工作窗口的傳感器結(jié)合起來(lái)，新加坡國(guó)立大學(xué)的研究人員可以創(chuàng)建一個(gè)單一的超敏感傳感器，否則就不可能實(shí)現(xiàn)。

論文標(biāo)題為《Wireless Ti3C2Tx MXene Strain Sensor with Ultrahigh Sensitivity and Designated Working Windows for Soft Exoskeletons》，發(fā)表在《ACS Nano》上。