美國南加州大學(xué)工程學(xué)院研究人員受折紙啟發(fā)創(chuàng)造出一種新的傳感器，這些傳感器有朝一日可用于檢測器官微小變形從而預(yù)測疾病，也可用于可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人。論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。
該論文通訊作者、南加州大學(xué)航空航天、機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授趙航波指出，創(chuàng)建能夠顯著拉伸、快速響應(yīng)、即使在測量大的動態(tài)變形時也能提供精確讀數(shù)的傳感器，是一個極大挑戰(zhàn)。
目前的可拉伸應(yīng)變傳感器大多使用橡膠等柔性材料，但經(jīng)過重復(fù)使用后，材料特性可能發(fā)生不可逆的變化，從而產(chǎn)生與變形檢測相關(guān)的不可靠指標(biāo)。
研究人員因此設(shè)計了一種新型的傳感器結(jié)構(gòu)。受折紙的啟發(fā)，堅硬的材料被折疊起來，面板的每一側(cè)都有電極。人們可以將該傳感器想象成一本顛倒的、打開的書，在封面和封底有兩個電極。當(dāng)電極展開時，電極之間的電場強(qiáng)度就能被捕獲，團(tuán)隊開發(fā)的模型將該讀數(shù)轉(zhuǎn)換為捕獲變形幅度的測量值。
新傳感器可拉伸至原始尺寸的3倍，即使重復(fù)使用也具有很高的傳感精度。此外，傳感器響應(yīng)速度非常快，可在不到22毫秒的時間內(nèi)檢測到非常微小區(qū)域（約5平方毫米）的變形，還能檢測來自不同方向的應(yīng)變。
研究人員表示，此類傳感器可準(zhǔn)確測量復(fù)雜而大量的變形，也可應(yīng)用于感知柔性機(jī)器人的運(yùn)動、跟蹤人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動，甚至監(jiān)測膀胱等器官以確定可能預(yù)示疾病的異常情況。
【總編輯圈點】
隨著柔性可穿戴設(shè)備的發(fā)展，可拉伸應(yīng)變傳感器的作用也越發(fā)重要。通常來說，它測量的是機(jī)械形變轉(zhuǎn)換成的電信號，用于人機(jī)交互、健康監(jiān)測等領(lǐng)域。不過，橡膠這種傳統(tǒng)的可拉伸應(yīng)變傳感器材料很難經(jīng)住長期重復(fù)使用，影響傳感器的準(zhǔn)確性。本文的研究者設(shè)計了一種折紙式創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，配合專用模型，將電場強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為變形幅度的測量值。這種新型傳感器可以描摹更大幅度更復(fù)雜的運(yùn)動變形，在醫(yī)療健康領(lǐng)域具有極大潛力。
