這種新款感測器內含80μm薄的S型微流體,連接至直徑5mm的中央圓形凹槽,以及兩側圓形區域(直徑2.5mm),並以液體金屬共晶鎵銦(eGaIn)完全填充。

該感測器採用以網版印刷的兩條銀電極運行經兩側圓形區域,模塑出鍵合至PET薄膜的軟矽膠,使其得以打造出堅固且有彈性的感測器。此外,利用導電的液體金屬,表示感測器不致於發生破裂或材料疲乏等狀況。

在中央區域施加一個負載時,橡膠會變形,而液體金屬則流入側袋中,隨負載增加而逐漸改變整組裝的總電阻。要讀取電路也十分簡單,只要利用標準的類比數位轉換器(ADC)測量電阻變化即可,無需放大任何訊號。

在其發表於《ACS Sensors》期刊的報告——「具有高度靈活性、耐用性和靈敏度的三態液體微流控觸覺感測器」(Triple-State Liquid-Based Microfluidic Tactile Sensor with High Flexibility, Durability, and Sensitivity)中,研究人員證實S型能表現出更好的液體動力學,同時也觀察到較直接微流體結構更高且更清晰的輪廓變形,顯示S型微流體結構具有更高的局部負載靈敏度。

科學家並以各種不同的機械負載測試其感測器,從手指輕觸到腳步踩踏——分別以穿鞋、不穿鞋或穿高跟鞋等方式進行。

20160627 Sensor NT01P1 研究人員將感測器應用於鞋中。針對腳跟碰撞或足部重踏等不同的動作,感測器分別產生特性鮮明的電反應

他們甚至開著車子輾過進行測試。為了打造其靈活性,研究人員還進行了電池彎曲試驗,結果顯示從-90°、-45°、+45°與+90°的彎曲都十分易於區別。

研究人員指出,透過腳步踩踏較能顯示其細微差別,因為這種感測器能夠辨識來自不同的步態的特定運動特性。

新加坡國立大學教授Chwee Teck Lim認為,這種感測器適於穿戴式裝置的許多應用。他說:「我們正考慮導入商業化,並已為此發明申請專利,以及與一些潛在用戶交換意見,主要來自醫院和診所。」

至於差異化以及這種新型感測器如何與其他薄膜軟性感測器?Lim表示,「我們的液基感測器最具競爭優勢之處在於它能實現極度的機械形變,比起固體感測器也較不至於發生塑料變形和斷裂。另一項優點是我們能區隔出輕柔壓力與重壓的不同,而不需要進行額外的訊號處理或放大。」

「第三個優點是,我們的感測器可以感測各種不同模式的負載,如彎曲、扭轉、壓力以及拉伸等,而其他的一些感測器只能測量一種負戴模式,例如僅能測壓力,」Lim並補充說,研究人員已在其他研究發佈中證實其他負戴模式了。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Microfluidics-Based Pressure Sensor Takes Loads, Bends,by Julien Happich)