东华大学李召岭/河南大学王新《AFM》:基于图案化激光诱导石墨烯的柔性高分辨率摩擦电传感器阵列，用于自供电实时触觉传感器

所谓的“柔性可穿戴触觉传感器”，即指通过与对象的物理接触获取信息，其近年来在机器人、人工智能、医疗保健检测、人机交互(HMI)等多个应用领域受到了广泛关注。触觉传感器可以将包括触觉或外力在内的机械刺激转化为可供测量或者记录的电信号，并将此电信号映射到传感单元上。然而，时至今日，开发一种具有更高分辨率、更低成本、且无功耗的触觉传感器仍然面临着巨大挑战。幸运的是，相关研究人员所开发的摩擦纳米发电机能为解决上述问题提供一个有前景的解决方案。然而，此类摩擦触觉传感器的制备与测量往往面临着需要专用设备、昂贵的金属电极、制作工艺复杂、传感分辨率低和布线繁琐等问题。基于上述限制，开发一种简单、低成本、高效率的制造新工艺用于实现柔性、高分辨率且自供电的摩擦传感阵列应用于触觉传感器是非常重要的。

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近年来，激光直写技术(LDW)被认为是一种强大的制模工艺，其可用于各种电子器件的制造，例如可穿戴式应变传感器、人工喉管、异质结构晶体管或是柔性超级电容器等。首先，由于激光光束的精准可编程和可局部高温处理的特性，LDW可实现金属或无机材料的一步合成以及高效的器件图案化。再者，通过对激光功率、激光速度和激光气氛的控制也可以精确地实现对光致发光器件的物理和电学性能的调控。鉴于此，东华大学李召岭研究员、河南大学王新教授等人提出了一种简单、经济、通用的LDW技术，其以导电图纹的激光诱导石墨烯(LIG)为工作电极，以聚酰亚胺(PI)薄膜为基底制备了具有柔性且高分辨率的摩擦电传感阵列(TSA)(图1)

图1. 基于LIG技术的柔性高分辨率 TSA制作原理图及其相关表征。

文章亮点：

1. 研究人员通过开发一种通用的、可设计的、高效且环境友好的、较低成本的激光直写(LDW)制造新工艺，开发出一种高柔性且具有高分辨率的TSA用于自供电的触觉传感器。而作为TSA的关键部件，图案化LIG电极具有7Ω sp-1的电导率。与此同时，得益于这种新LDW制造工艺的优点，该传感器在无需功耗的条件下能够实现多点触碰、滑动、跟踪手指等运动的实时可视化(图2-3)。

2. 该工作还详细的研究了基于TSA平台的输出信号与有效接触面积、耐久性和同步性的相关关系。在此基础上，进一步提出了一种智能无线控制的人机界面系统（图4）。因此，该工作或许为实时触觉传感系统、人机界面、安全识别等许多领域创造了前所未有的机遇。

图2. TSA中传感器单元的工作机理及其输出性能。

图3. 基于图案化LIG的TSA的触觉感知表征与像素分辨率。

图4. 智能无线人机交互系统的实际应用。