一种不易察觉的薄膜传感器用于记录运动和触觉

研究人员开发了一种超薄压力传感器，可以直接连接到皮肤上，测量手指如何与物体相互作用，从而为医疗和技术应用提供有用的数据。该传感器对用户的灵敏度和抓握物体的能力影响最小，并且可以抵抗摩擦造成的破坏。该团队还希望他们的传感器可以用于以数字方式存档手工艺工人技能的新任务。

研究人员希望记录与手和手指相关的运动和其他物理细节的原因有很多。我们的手是我们直接与材料和我们周围环境进行交互和操作的主要工具。通过记录手执行各种任务的方式，它可以帮助体育和医学科学以及神经工程等领域的研究人员。但捕获这些数据并不容易。

“我们的指尖非常敏感——事实上，非常敏感，只有百万分之一米厚的超薄塑料箔足以影响某人的感觉，”东京大学染谷集团讲师 Sunghoon Lee 说。“所以手指的可穿戴传感器必须非常薄。但这显然使它非常脆弱，容易受到摩擦或重复物理动作的损坏。为了克服这一点，我们创造了一种薄而多孔的特殊功能材料，称为一个纳米传感器。”

Lee 和他的团队为他们的传感器制作了两种层。这两层都是通过一种称为电纺的工艺制成的，它类似于蜘蛛在织网。一种是绝缘聚氨酯网，其纤维厚度约为 200 纳米至 400 纳米，约为人类头发厚度的五分之一。第二层是模板状的线网络，形成传感器的功能电子组件。这是由黄金制成，并使用聚乙烯醇的支撑框架，通常在隐形眼镜中使用，制造后会被冲走，只留下它支撑的黄金痕迹。多层组合形成功能性压力和运动传感器。

“在 18 名测试对象的帮助下，我们对我们的传感器进行了一系列严格的测试，”Lee 说。“他们证实，与没有连接传感器的情况下执行相同任务相比，传感器是难以察觉的，既不影响通过摩擦抓握物体的能力，也不影响感知灵敏度。这正是我们希望的结果。”

传感器比人的头发细得多，不影响灵敏度。图片来源：© 2020 Someya 等。

这是世界上首次成功展示对皮肤敏感度没有影响的指尖安装传感器。该传感器即使在以 100 千帕(大致相当于大气压)的力与表面摩擦 300 次后仍能保持其作为压力传感器的性能。团队希望看到的一个新应用是工匠甚至高技能外科医生的作品的数字存档。如果可以记录这些过程，就可以训练机器如何以前所未有的保真度执行任务。