目前，可穿戴式應變傳感器已被廣泛應用于人體活動監(jiān)測。不過，大多數(shù)應變傳感器研究主要集中在材料加工、高拉伸性和高靈敏度方面，關于應變傳感器的魯棒性和可靠性研究較少，包括低遲滯、長期穩(wěn)定性、電極材料穩(wěn)定性和多輸入信號下的耦合效應等，這些都是限制應變傳感器實際應用的因素。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，北京理工大學王曉毅副教授、香港科技大學于宏宇副教授研究團隊提出一種新型可拉伸透明電容式應變傳感器，其三維叉指電極采用垂直排列的碳納米管制成，具有超低遲滯（0.35%）、出色的壓力不敏感性能（小于0.8%）、快速響應（60 ms）、良好的長期穩(wěn)定性和良好的透明度。該電容式應變傳感器可用于精準監(jiān)測不同類型的人體活動，有望成為人體運動檢測、軟體機器人和醫(yī)療保健領域的理想選擇。相關研究成果已發(fā)表于Microsystems & Nanoengineering期刊。

本項研究提出的電容式應變傳感器

該電容式應變傳感器由可拉伸聚二甲基硅氧烷（PDMS）絕緣體襯底上的叉指電極組成。與傳統(tǒng)的電阻式應變傳感器和具有垂直夾層電極的電容式應變傳感器相比，具有垂直排列叉指電極結構的應變傳感器在法向力方面具有較低的串擾，并能提高襯底的透明度。此外，將三維叉指電極嵌入襯底中，可在法向力作用下產生低壓耦合效應，從而提高器件的魯棒性。

這款電容式應變傳感器的工藝流程和結構示意圖

該電容式應變傳感器具備優(yōu)異的性能，主要表現(xiàn)在以下幾方面：在整個拉伸范圍（ε = 0.5）內，電極的電阻變化很小（《1.6%），這使其連接性能穩(wěn)定，并減少了對傳感器讀出電路的干擾；具備高達1 MPa的壓力不敏感性能，可有效提高器件可靠性，并減少拉伸和釋放過程中壓力信號的串擾；具有小于0.35%的超低遲滯，可提供準確可靠的拉伸和釋放測量數(shù)據(jù)；在20% ε ~ 90% ε的測量范圍內通過1500次循環(huán)測試后，性能始終保持穩(wěn)定。

電容式應變傳感器的性能校準

人機界面是一個重要的應用領域，需要通過多種傳感器將人體運動和手勢轉換為電信號，以進行機器控制。該研究提出的高性能電容式應變傳感器顯示了用于各種潛在應用的可能性，包括大范圍運動檢測，例如手指彎曲、膝蓋彎曲、頸部彎曲、手腕彎曲和肘部彎曲等。同時，還能夠檢測嘴部動作的小應變信號。此類傳感特性可用于一些特殊場合，包括對有說話問題的患者進行嘴部動作檢測，以向醫(yī)生發(fā)送警報信號，還可以幫助耳聾患者通過調整嘴部張開大小來糾正發(fā)音。

人體關節(jié)動作檢測：a）手指彎曲；b）頸部彎曲；c）肘部彎曲

a）用于嘴部動作檢測的應變傳感器的傳感性能表征；b）開口讀出簡單單詞的語音測試；c）開口讀出復雜單詞的語音測試

總之，該新型電容式應變傳感器基于其各方面的優(yōu)異性能，未來將在人體運動檢測、軟體機器人和醫(yī)療保健等方面發(fā)揮重要應用價值。