基于模量梯度设计的双穹顶介电泡沫实现宽范围线性电容式压力传感

来自研究人员团队开发了一种采用低k微穹顶阵列与可压缩高k多孔泡沫层压的梯度介电结构，通过调控介电常数与模量梯度，实现了电容式压力传感器在0–900 kPa范围内的宽域线性响应（灵敏度0.393 kPa?1，R2=0.99）。该传感器可监测动脉搏动、呼吸与关节运动，耐受100 kPa冲击，支持柔性触控到强力抓握的全谱感知，并为软体机器人提供多阈值力反馈与手势控制。

　　

柔性电容式压力传感器（Flexible Capacitive Pressure Sensors）凭借低功耗和皮肤相容性，在可穿戴设备与人机交互领域展现出潜力，但实现高灵敏度、线性响应与宽检测范围的统一仍具挑战。本研究通过将低介电常数（low-k）微穹顶阵列与可压缩高介电常数（high-k）多孔泡沫进行层压，构建了兼具介电常数梯度与模量梯度（Modulus Gradient）的复合介电层。该结构能够随压力增大引导电场从串联模式转向并联模式，从而维持电荷存储效率。传感器表现出0.393 kPa^?1的灵敏度，并在0–900 kPa范围内保持严格线性（R² = 0.99）。它可精准解析动脉搏动、呼吸节律与关节运动，同时耐受超过100 kPa的冲击，实现从轻柔触碰到强力抓握（gentle-touch-to-heavy-grasp）的全谱监测。当安装于腕部等双向弯曲关节时，传感器在屈曲与伸展过程中产生符号相反的信号，支持容错莫尔斯电码输入。通过四阈值映射策略，进一步实现了软体机械手的比例力反馈与多指抓握控制。这一稳健、快速且可重复的梯度介电平台，为可穿戴全谱传感、安全通信与低功耗触觉机器人提供了可扩展的解决方案。