神经假体用高选择性仿生柔性触觉传感器。

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:59
文章英文标题
Highly Selective Biomimetic Flexible Tactile Sensor for Neuroprosthetics.
正文
仿生柔性触觉传感器使假肢具有类似人手的操作物体的能力。然而,有选择地响应静态和滑动摩擦力仍然是一个巨大的挑战,这是关键的触觉信息,与感知重量和滑动摩擦在抓握过程中。在此,受指纹结构和Ruffini末端对摩擦力的选择性响应的启发,我们研制了一种仿生柔性电容式传感器来选择性地检测静态和滑动摩擦力。该传感器被设计成一种新型的平面平行电容,其中银纳米线-三维聚二甲基硅氧烷( PDMS )电极被置于螺旋结构中,并与基底垂直。银纳米线均匀分布在3D聚二甲基硅氧烷微柱表面,硅橡胶( Ecoflex )作为介电材料。传感器的电容在不同外加法向力下基本保持恒定,但随静摩擦力的增大而增大,发生滑动时减小。此外,针对神经假体的滑脱感知,设计了一种自定义的信号编码电路,将电容信号转换为受外加滑动摩擦力调制的仿生脉冲信号。试验结果证明了新型仿生柔性传感器对智能神经假体触觉力具有方向性和动态敏感性的巨大潜力。
文章内容(英文)
Biomimetic flexible tactile sensors endow prosthetics with the ability to manipulate objects, similar to human hands. However, it is still a great challenge to selectively respond to static and sliding friction forces, which is crucial tactile information relevant to the perception of weight and slippage during grasps. Here, inspired by the structure of fingerprints and the selective response of Ruffini endings to friction forces, we developed a biomimetic flexible capacitive sensor to selectively detect static and sliding friction forces. The sensor is designed as a novel plane-parallel capacitor, in which silver nanowire-3D polydimethylsiloxane (PDMS) electrodes are placed in a spiral configuration and set perpendicular to the substrate. Silver nanowires are uniformly distributed on the surfaces of 3D polydimethylsiloxane microcolumns, and silicon rubber (Ecoflex®) acts as the dielectric material. The capacitance of the sensor remains nearly constant under different applied normal forces but increases with the static friction force and decreases when sliding occurs. Furthermore, aiming at the slippage perception of neuroprosthetics, a custom-designed signal encoding circuit was designed to transform the capacitance signal into a bionic pulsed signal modulated by the applied sliding friction force. Test results demonstrate the great potential of the novel biomimetic flexible sensors with directional and dynamic sensitivity of haptic force for smart neuroprosthetics.
来源出处
Journal|[J]ResearchVolume 2020, 2020. PP 8910692-8910692
DOI
https://doi.org/10.34133/2020/8910692

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