科技日?qǐng)?bào)記者?張夢(mèng)然

美國(guó)南加州大學(xué)工程學(xué)院研究人員受折紙啟發(fā)創(chuàng)造出一種新的傳感器，這些傳感器有朝一日可用于檢測(cè)器官微小變形從而預(yù)測(cè)疾病，也可用于可穿戴設(shè)備和柔性機(jī)器人。論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

新型傳感器。圖片來(lái)源：南加州大學(xué)工程學(xué)院趙航波研究小組

該論文通訊作者、南加州大學(xué)航空航天、機(jī)械工程和生物醫(yī)學(xué)工程助理教授趙航波指出，創(chuàng)建能夠顯著拉伸、快速響應(yīng)、即使在測(cè)量大的動(dòng)態(tài)變形時(shí)也能提供精確讀數(shù)的傳感器，是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。

目前的可拉伸應(yīng)變傳感器大多使用橡膠等柔性材料，但經(jīng)過(guò)重復(fù)使用后，材料特性可能發(fā)生不可逆的變化，從而產(chǎn)生與變形檢測(cè)相關(guān)的不可靠指標(biāo)。

研究人員因此設(shè)計(jì)了一種新型的傳感器結(jié)構(gòu)。受折紙的啟發(fā)，堅(jiān)硬的材料被折疊起來(lái)，面板的每一側(cè)都有電極。人們可以將該傳感器想象成一本顛倒的、打開(kāi)的書(shū)，在封面和封底有兩個(gè)電極。當(dāng)電極展開(kāi)時(shí)，電極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度就能被捕獲，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的模型將該讀數(shù)轉(zhuǎn)換為捕獲變形幅度的測(cè)量值。

新傳感器可拉伸至原始尺寸的3倍，即使重復(fù)使用也具有很高的傳感精度。此外，傳感器響應(yīng)速度非?？欤稍诓坏?2毫秒的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到非常微小區(qū)域（約5平方毫米）的變形，還能檢測(cè)來(lái)自不同方向的應(yīng)變。

研究人員表示，此類傳感器可準(zhǔn)確測(cè)量復(fù)雜而大量的變形，也可應(yīng)用于感知柔性機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、跟蹤人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，甚至監(jiān)測(cè)膀胱等器官以確定可能預(yù)示疾病的異常情況。

總編輯圈點(diǎn)

隨著柔性可穿戴設(shè)備的發(fā)展，可拉伸應(yīng)變傳感器的作用也越發(fā)重要。通常來(lái)說(shuō)，它測(cè)量的是機(jī)械形變轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，用于人機(jī)交互、健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。不過(guò)，橡膠這種傳統(tǒng)的可拉伸應(yīng)變傳感器材料很難經(jīng)住長(zhǎng)期重復(fù)使用，影響傳感器的準(zhǔn)確性。本文的研究者設(shè)計(jì)了一種折紙式創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，配合專用模型，將電場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為變形幅度的測(cè)量值。這種新型傳感器可以描摹更大幅度更復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)變形，在醫(yī)療健康領(lǐng)域具有極大潛力。