導讀
21世紀, 雖然早就知道在科技的浪潮中是逆水行舟不進則退, 但真真的沒有想到, 浪潮翻滾的這麼快。 當我們剛剛瞭解到人工皮膚、電子皮膚、LED電子顯示皮膚之後, 英國蘇格蘭格拉斯哥大學(University of Glasgow)的研究人員又出奇招, 設計出可以自供電的柔性皮膚。
這是一種基於石墨烯的透明柔性電容式觸控感測器, 不僅提供觸控偵測, 還搭載了壓力感測功能。 由於它是透明的, 所以觸覺感應層可堆疊在剛性或柔性的太陽光電(PV)電池上, 從而在操作時自動供電。
研究人員在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)期刊發表了“自供電、柔性且透明的觸覺皮膚”(Energy-Autonomous, Flexible, and Transparent Tactile Skin)一文, 揭示了這種看似簡單但工藝高度可擴展的新途徑, 可望實現創新的電容式壓力感測器。 研究人員有信心可進一步擴展, 為機器人與義肢等應用提供全面的觸覺回饋。
為了證明感測器在實際電子皮中的可用性, 研究團隊將其整合在先進仿生手的中間和近側指骨處, 並透過簡單的讀取介面電路設計並建置在柔性聚醯亞胺PCB, 從而將石墨烯感測器的電容變化轉換成電壓。 他們能夠展示即時壓力映射, 如仿生手臂抓住一個軟球, 並用讀取電路實現即時觸覺反饋回路,
具有觸覺回饋能力的仿生手捉取一個軟球(左)。 而在圖右, 圍繞在中間和近側指骨的電容式感測器的顏色圖表示讀取電壓調變。 插圖是用於控制抓取力(相對於感測器讀數)的邏輯圖。
為了實現自供電的解決方案, 研究人員將透明感測器堆疊在商用非晶矽太陽能電池頂部。
在太陽能電池頂部堆疊石墨烯透明觸控感測器
研究人員的結論是, 大型的透明感測器採用柔性且可拉伸的PV電池堆疊, 不僅提供了自供電的電子皮膚, 還能經由儲存多餘電力或用於驅動致動器, 從而有助於為機器人等系統提高效率。 這些感測器也可用于開發功能性服飾, 包括頭盔、手套等應用均可從中收集有用的壓力資料。