自供電觸覺傳感器實現動／靜態機械刺激檢測

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近日，中國科學院深圳先進技術研究院醫工所傳感中心副研究員孫洪巖團隊在《納米能源》上發表最新研究，提出了一種基于化學電池反應的自供電柔性觸覺傳感器，可用于動態和靜態機械刺激檢測。

基于化學電池反應的自供電觸覺傳感器及應用示意圖 科研團隊供圖

柔性和可穿戴的觸覺傳感器在健康監測、人機交互等領域的重要性日益凸顯。傳統的電阻式或電容式傳感器雖然廣泛應用，但其仍需外部電源持續供能，而壓電式和摩擦電式傳感器則僅對動態機械刺激做出響應。為了克服這些限制，研究人員一直在探索開發無需外部電源、能夠同時監測動態和靜態機械刺激的觸覺傳感器。

為了解決上述問題，本團隊通過簡單的結構設計，將紙質基底的固態鋅錳電池轉變為自供電壓力傳感器。作為電池，其展現出了1.29 伏的開路電壓、每平方厘米2.8毫安的最高短路電流密度，足以為小型電子器件供電。

作為自供電壓力傳感器，其具有較高的靈敏度，在0至25 千帕范圍內平均為每千帕1.27微安；在25至500 千帕范圍內平均為每千帕0.14微安，響應時間為42毫秒，恢復時間為41毫秒，最小壓力分辨率達到數十帕斯卡，且具有長期重復性和穩定性。該研究將極大地促進智能，自供電觸覺傳感器的進一步發展，廣泛應用于人類健康護理和檢測靜態/動態刺激的人機界面等領域。

另外，該傳感器的制備過程簡單、環保，利用了紙張作為柔性的基底材料，不僅成本低廉，而且具有可降解性。這種紙基電池不僅能夠為小型電子設備提供動力，還能夠在各種形狀和尺寸下實現高度敏感的動態/靜態壓力檢測。

該傳感器有望在極端環境下智能機器人搜救、健康監測、物體識別等領域發揮重要作用，為自供電柔性電子設備的研究開辟新的道路。