深大黄龙彪/西工大孔杰/香港理工郝建华 AFM：适应于软体机器人的自修复多模态传感器

2023-07-14 来源：高分子科技

近日，深圳大学黄龙彪、西北工业大学孔杰和香港理工大学郝建华课题组合作报道了具有自修复和可拉伸性能的多功能高分子材料，能够制备成适应于软体机器人的多模态传感器以检测多种信号，包括形变、温度和运动状态等（Adv. Funct. Mater. 2023, 2304415）。

柔性传感技术在赋予机器人感知能力和监测其运动方面起着关键作用，对智能机器人系统具有重大需求。然而，构筑可靠、可持续的多功能柔性传感器并与机器人集成仍然具有一定挑战。在该研究中，设计制备了一种全自修复、可拉伸、可黏附的多模态柔性传感器，它能够与机器人共形并检测多种信号。该传感器由动态键交联的功能高分子材料组成，包括绝缘聚合物和具有更高温度耐受性的导电水凝胶（图1和图2），延长传感器整体的使用寿命并提高可靠性。受益于水凝胶的黏附性，可以在多种表面形成强的界面粘合，促进了传感器与机器人的适形性集成。由于离子传输机制，该传感器可以分别以压阻和热阻模式工作以检测应变和温度。此外，该传感器能够以摩擦电模式工作，实现自供能传感。从传感器产生的电信号中可以分析识别出多种信息，包括手势、软体机器人爬行动作、代码信息、物体的温度和材料类别等（图3和图4），在环境检测、可穿戴设备、人机界面和机器人技术领域具有广阔的应用前景。

图1 基于动态亚胺键和氢键的交联IH-PUa聚合物网络结构示意图和自修复性能

图2 含氢键的PAAm-Clay-T水凝胶交联网络结构示意图及其力学、电学和自修复性能

图3 传感器附着于机械手上用于温度和手势检测的演示

图4 基于摩擦电效应传感器的工作机制和输出电性能

以上工作以“Soft Robotic-Adapted Multimodal Sensors Derived from Entirely Intrinsic Self-Healing and Stretchable Cross-Linked Networks”为题发表在Adv. Funct. Mater.（2023, 2304415）上。论文第一作者为深圳大学博士后戴杏怡，通讯作者为深圳大学黄龙彪教授、西北工业大学孔杰教授和香港理工大学郝建华教授。该工作得到了国家自然科学基金项目（51973119/52025034/52150009）、中国博士后科学基金（2022M712160）、Research Grants Council of Hong Kong（PolyU SRFS2122-5S02）的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202304415

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（责任编辑：xu）

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