壓電和摩擦電觸覺感測器的設計是將機械刺激轉換為電信號，這使得它們在智能系統中非常重要。壓電感測器利用非中心對稱材料（如石英和聚偏二氟乙烯 (PVDF)）中的機械應力來產生電壓，而摩擦電感測器則是依靠接觸產生的電荷轉移來運作。
這兩種感測器各有優勢，包括自供電功能和高靈敏度，但也面臨一些挑戰，例如材料的脆弱性和環境限制。
來自南韓中央大學 (Chung-Ang University) 的柳漢俊教授 (Hanjun Ryu) 領導的研究團隊，提出了新穎的製造策略來克服這些限制。該團隊的研究論文發表在《極端製造國際期刊》中。
柳教授解釋說：「我們的研究說明了使用壓電和摩擦電效應的觸覺感測器的材料和設備製造策略，以及感知識別的類型。」
該團隊對壓電和摩擦電觸覺感測器的製造策略進行了全面的回顧，重點在於增強靈敏度、靈活性和自供電能力的技術。研究檢視了各種材料特性、製造過程和設備設計，以克服壓電材料的脆弱性和摩擦電感測器的環境敏感性等挑戰。
柳教授表示：「這些策略旨在促進高性能感測器的開發，應用於機器人、可穿戴設備和健康護理系統。」
對於壓電感測器，研究人員強調通過摻雜、晶體控制和複合材料整合等方法來提高壓電常數的重要性。顯著的進展包括使用無鉛陶瓷和聚合物混合物來創造靈活的、環保的感測器，適合動態應用。研究還發現，3D列印和溶劑基晶化技術的整合顯著提高了這些感測器的靈敏度和適應性。
摩擦電感測器則通過表面改性技術，如等離子體處理、微結構化和介電常數優化來增強。這些策略提高了電荷轉移效率，並促進了耐用的高輸出感測器的開發。研究人員還展示了混合材料和納米結構在提升摩擦電性能的同時保持靈活性和環境韌性方面的有效性。
有趣的是，這項研究是首批提供壓電和摩擦電觸覺感測器製造策略的全面概述，強調了它們互補的優勢。研究結果顯示，創新材料工程和先進製造技術的結合對於創造能夠進行多模式感測和實時互動的感測器至關重要。這種跨學科的方法有望擴大觸覺感測器在各行各業的應用範圍。
該研究還強調了將人工智慧 (AI) 與觸覺感測器整合的潛力，以進行先進的數據處理和多刺激檢測。基於人工智慧的觸覺輸入分析，如質地和壓力識別，可以顯著提高這些設備的準確性和功能性。這樣的整合為下一代感測器鋪平了道路，這些感測器能模仿人類的感官能力，同時實現更高的運行效率。
總結他們工作的更廣泛意義，柳教授結論道：「預計基於人工智慧的多感官感測器將在各個領域的進步中做出創新的貢獻。」
這項研究為開發智能系統奠定了基礎，這些系統能夠無縫地與人類需求整合，從健康監測到機器人介面。
更多資訊：
Hyosik Park 等，製造高靈敏度和自供電的壓電和摩擦電觸覺感測器的策略，《極端製造國際期刊》(2024)。 DOI: 10.1088/2631-7990/ad88be
提供者：
中央大學 (Chung Ang University)
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