零延迟传感-驱动一体化系统的超灵敏识别研究及其在柔性电子中的应用

针对传统传感-驱动系统存在信号延迟大、集成度低的问题，研究人员开发了基于C-PEDOT:PSS/CNT复合材料的离子型传感-驱动一体化系统。该系统通过离子迁移与导电网络动态重构的协同机制，实现了250 ms信号延迟的完全消除（媲美成人300 ms反应速度），并在空气中稳定工作超过1000次循环，为软体机器人和可穿戴设备提供了实时反馈新方案。

　　

在柔性电子和软体机器人领域，如何实现实时环境响应与精准动作控制一直是重大挑战。传统系统依赖外接传感器，导致响应延迟高达250毫秒——这相当于成人神经反应速度的83%，严重制约了医疗机器人抓取、康复辅助等需要毫秒级响应的场景应用。更棘手的是，多模块集成还会引发界面分层、驱动受限等问题，就像给芭蕾舞者绑上沙袋，既笨重又迟钝。

江苏特聘教授计划（SR10900223）和国家自然科学基金（62404148）支持的研究团队，在《Materials Today》发表了一项突破性成果。他们创新性地将导电聚合物PEDOT:PSS（聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸盐）与碳纳米管(CNT)复合，开发出兼具离子驱动和压阻传感功能的C-PEDOT:PSS材料。该材料通过二甲基亚砜(DMSO)处理优化导电网络，使离子迁移与应变下导电网络重构同步进行，就像在高速公路旁修建了应急车道，让电信号与机械变形实现"零换乘"。

研究采用溶剂诱导相分离法制备复合材料，通过原位电化学测试表征驱动性能，结合数字图像相关(DIC)技术量化变形过程。关键发现包括：1）DMSO处理使PEDOT从螺旋构象转变为线性延伸，导电率提升3个数量级；2）CNT掺杂形成三维导电网络，应变灵敏度系数达8.4；3）驱动器在1V低电压下产生15%应变，响应时间仅0.3秒。

《材料合成与表征》章节显示，X射线光电子能谱(XPS)证实DMSO通过氢键与PSS磺酸基结合，拉曼光谱显示PEDOT的醌式结构占比提升至72%。《性能测试》部分揭示，系统在30,000秒连续工作中电阻波动<5%，成功识别脉搏波形的重搏切迹等精细特征。《应用验证》中，集成系统不仅能驱动仿生手抓取草莓而不产生压痕，还可同步监测腕部桡动脉的血压变化。

这项研究的意义在于：首次实现传感-驱动系统的零延迟响应，将材料本征特性与器件结构设计完美结合。相比传统MoS₂/CNT热驱动或液态金属-液晶弹性体复合体系，该方案在稳定性（1000次循环后性能衰减<7%）和集成度方面具有明显优势。正如作者Chao Lu在讨论部分指出，这种"感知即驱动"的设计理念，为智能假肢的触觉反馈、微创手术器械的力觉提示提供了全新实现路径，或将重新定义下一代人机交互界面的性能标准。