東京大學開發出可檢測3軸方向壓力之光學式可撓性壓力感測片材

 

刊登日期:2023/10/11
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東京大學開發了一項可以同時檢測垂直方向壓力與剪切應力分佈之光學式可撓性壓力感測片材。既有的壓力感測器大多只能檢測垂直方向的壓力。除了垂直壓力之外,若可以檢測出剪切應力,將可望廣泛應用於機器人、神經工學、人機介面(Human Machine Interface; HMI)、醫療保健等各領域。

在做為可檢測出剪切應力的壓力感測器方面,光學壓力感測器因其具有多點測量、高度空間辨識率、高耐用性等特點而備受關注。然而既有的光學壓力感測系統須利用複雜的光學系統,因此元件本身屬於剛性,且有設備厚度較厚、難以安裝於柔軟曲面上等問題。

東京大學新開發的光學式可撓性壓力感測片材係以軟性面光源(Surface Light Source)、軟性成像器及可撓性壓感橡膠片等3層材料積層製成,從面光源發出的光通過壓感橡膠片之後由軟性成像器檢測光的強度分佈。

軟性面光源採用了聚二甲基矽氧烷(PDMS)做為光波導(利用物質之光學特性差異的光傳輸路徑),在表面上形成分散了氧化鈦奈米粒子的擴散層與以銀製成的反射膜層。

此感測片材可依據施加壓力時光強度分佈的變化進行垂直壓力與剪切應力分佈的計算。壓感橡膠片材採用了厚度為0.8 mm的軟性多孔質PDMS片材,藉此提高了感測的靈敏度。

在垂直方向壓力方面,新感測片材可檢測出1~360 kPa的壓力。另對於剪切應力則可檢測0.6~100 kPa的壓力。此外,研究團隊亦已實證確認利用配置於5 mm網格中的6 x 8感測器陣列可同時測量出垂直壓力與剪切應力的壓力分佈。

新開發的感測片材可望應用於安裝在機器人手臂上的電子皮膚,或是裝設在扶手上,對於步行時施加在扶手上之力量進行定量評估的健康照護系統等用途。


資料來源: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-09-12-001
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