基于交织异质聚合物光纤的纺织集成型像素化触觉传感器阵列

《Advanced Fiber Materials》：A Textile-Integrated Pixelated Tactile Sensor Array Based on Interwoven Heterogeneous Polymer Optical Fibers

　　

摘要

基于聚合物光纤的触觉传感器具有高灵敏度、出色的柔韧性以及抗电磁干扰的能力。然而，要实现能够精确检测多个接触点的可规模化传感器阵列的制造仍然是一项挑战。在此，我们提出了一种将经过机械处理的异质聚合物光纤与经纬编织网络相结合的架构，以此实现高信噪比的力值测量和精准定位。这种异质聚合物光纤架构是通过在聚甲基丙烯酸甲酯-β-丁基丙烯酸酯-聚甲基丙烯酸甲酯纤维骨架中策略性地嵌入软纤维段来实现的，从而实现局部机械特性的可调控。实验结果表明，软氟化乙烯丙烯/聚二甲基硅氧烷聚合物光纤段对施加的力表现出稳健的、与材料相关的响应，而MAM纤维则保持机械惰性，仅作为光传输介质。为了构建传感网络，多个带有策略性集成软FEP/PDMS段的聚合物光纤以经纬编织方式相互交织。该架构形成了一个由正交软纤维交叉点定义的传感节点阵列。由此产生的网络能够实现精确的触觉量化和定位，力值分辨率可达0.013牛顿。这一设计将连续的MAM光纤从被动波导转变为离散的高灵敏度感知像素。这种像素化结构有效消除了信号串扰和重影现象，而这些正是传统柔性网格传感器存在的核心问题。该触觉传感器为推动人在计算机交互、软体机器人技术以及健康监测领域的可穿戴传感技术发展提供了有力途径。

图形摘要