仿生学新突破！受“鳄鱼皮肤”启发的新型可拉伸传感器！

在过去的几十年里，人们对开发可穿戴式或贴片式电子产品产生了巨大的需求，这些电子产品可以置于人体皮肤上用于监测佩戴者的环境或健康状况。 可变形压力传感器是这些电子产品的核心部件，当放置在可弯曲甚至可拉伸的表面上时，能灵敏的检测出静态或动态压力。可变形压力传感器应用领域广泛，如电子皮肤 （e-skin) ，人机交互界面，仿生假肢和软机器人等。 但是，由于传感器固有的局限性，使用传统技术制造可变形且不影响压力探测的传感器仍然很困难。

可变形压力传感器应用领域广泛

近日，来自韩国的一个联合研究团队在该领域实现了新的突破，相关研究成果刊登在杂志《Small 》的封面上。他们从鳄鱼皮肤独特的感觉器官中汲取灵感，开发出带有微型穹顶和褶皱结构的全向可拉伸的压力传感器。

研究成果登上《Small》封面

鳄鱼是两亿多年前与恐龙同时代的最古老爬行动物，也是迄今生存着的最原始动物之一。鳄鱼是一种极为致命的捕食者，大部分时间都潜伏在水下，它们拥有非凡的感知微小波浪和探测猎物方位的能力。

不同鳄鱼品种

这种能力是通过他们皮肤上的极其复杂和敏感的感觉器官实现的。该器官由半球形的凸起结构组成，这些凸起结构重复排列，之间以褶皱连接。当鳄鱼移动身体时，褶皱展开变形，而感知压力的凸起结构则不受机械变形的影响，这使得鳄鱼在水下游泳或捕猎时对外界刺激保持异常的敏感性。

鳄鱼头部解剖示意图

通过发明一种带有微小褶皱的半球状弹性聚合物(PDMS)结构，其中包括长短不一的纳米线，研究团队开发出一种高度可伸缩的压力传感器，成功模仿了鳄鱼感觉器官的结构和功能。该团队称这种新型传感器的性能优于目前可用的其他压力传感器。

团队模拟鳄鱼发明的特殊感知压力的结构

因为对于其他类型的压力传感器而言，在受到机械变形时会丢失灵敏度，失去探测能力。但这种新型传感器得益于其表面细小的褶皱结构，传感器即使在受到显著变形的情况下也可以保持对压力的极高灵敏度。当施加外部机械力时，褶皱结构舒展开，减少了负责检测施加压力的半球区域结构的压力。测试结果表明，在一个方向上拉伸到100%或同时在两个不同方向上拉伸到50%时传感器仍能以极高的灵敏度正常工作。

该传感器具体的制造工艺流程

为了评估其性能，研究人员将传感器安装在塑料鳄鱼身上并将其浸入水中。有趣的是，安装的传感器也能 够检测到微小水波，这成功复刻了鳄鱼感觉器官的感知能力！

研究人员在塑料鳄鱼身上复刻鳄鱼的感知能力

这项研究具有很强的现实意义，这种可变形的压力传感器一旦产业化商业化，对于可穿戴领域的市场的冲击将会是颠覆性的！

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