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近日，英國曼徹斯特大學、牛津大學、索爾福德大學和中國吉林大學的研究人員組成的團隊在Communications Engineering期刊上發(fā)表了題為“Fully 3D printed flexible,conformal and multi-directional tactile sensor with integrated biomimetic and auxetic structure”的論文，介紹了一種使用自主研發(fā)的3D打印系統(tǒng)制造的具有改進傳感性能的保形觸覺傳感器。該傳感器通過集成仿生互鎖和負泊松比結構來檢測剪切刺激。這種設計可擴展傳感范圍（從0.1至0.26 MPa），并在法向和剪切方向上實現高靈敏度，其值分別為0.63 KPa?¹和0.92 N?¹。

此外，該觸覺傳感器能夠檢測40−90°C范圍內的溫度變化。為了驗證所提出方法的可行性，研究人員將觸覺傳感器直接打印到仿生機器人手的指尖、近端股骨和腰椎上。研究結果表明，所提出的方法有望在人工上肢中實現感覺運動控制和溫度傳感，并能監(jiān)測軟骨磨損出現的骨摩骨負載。

由121個傳感元件組成的柔性觸覺傳感器陣列，該結構包含上下乳突—負泊松比傳感層，并夾在兩個柔性電極層之間。觸覺元件的傳感面積和分布密度與慢適應I型和快適應I型機械感受器相當，以確保所提出的傳感器的傳感能力與人類受試者的傳感能力相匹配。

綜上所述，本研究開發(fā)了一種基于仿生互鎖和負泊松比結構的全3D打印柔性觸覺傳感器，用于感知接觸壓力和環(huán)境溫度。通過使用定制的3D打印機，研究人員將石墨烯/CNT/硅橡膠和涂有銀粉的硅樹脂復合材料直接打印在工作表面上，以高效經濟的方式制造觸覺傳感器。在靈敏度、傳感范圍和線性度方面，其性能與大多數已發(fā)布的高性能觸覺傳感器相似。仿生和負泊松比結構的集成是實現壓力和力傳感的高靈敏度和大線性傳感范圍的關鍵因素。復合材料中CNT和石墨烯的優(yōu)化重量比確保了良好的溫度傳感性能。負泊松比結構的使用提供了的機械性能，可以有效地融入觸覺傳感器的設計中。這種傳感器可以被快速制造到各種工作表面上，包括遠端指骨、人體椎骨和遠端股骨等，從而實現對復雜生物力學接觸的監(jiān)測。所提出的觸覺傳感器還能為仿生機器人手提供觸覺和溫度反饋，實現出色的感覺運動性能。

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https://doi.org/10.1038/s44172-023-00131-x