柔软和有弹性的织物传感器的可穿戴式机器人

可穿戴技术从心率监视器的虚拟现实耳机是爆炸的普及在消费者和研究空间，但大多数的电子传感器探测到从设备传输数据采用硬质材料，不可以限制人的自然动作和所收集的数据的准确性。现在，一组哈佛John A.保尔森工程学院的研究人员和应用科学（海洋）和哈佛大学生物启发工程Wyss研究所创造了一个高度敏感的软电容式传感器由硅和织物与人体动作和弯曲地、准确地检测运动。

“我们真的很兴奋，因为这个传感器，利用织物在其建设，它本质上是适合集成与布做“聪明”的机器人服装，”作者Conor Walsh说，工程副教授John L. Loeb和在海上和在威斯学院核心教员应用科学。

“此外，我们设计了一个独特的批量生产过程，使我们能够创建自定义形状传感器共享统一的特性，使它能够快速制作为一个给定的应用程序，”合著者Ozgur Atalay，在威斯研究所博士后。这项研究发表在先进材料技术中存在的问题，并且协议可作为部分的哈佛生物实验室的软机器人工具包。

该小组的技术包括一薄层硅（导电性差的材料）夹在两层镀银导电织物（高导电材料）之间，形成电容传感器。这种传感器通过测量电容的变化，或者保持两个电极之间电场的能力来记录运动。

“当我们将拉动从两端的传感器应变硅层变薄和导电织物层紧密联系起来，从而改变这样一种方式的应变用量比例的电容传感器的电容，所以我们可以测量传感器的形状改变多少，”共同作者Daniel Vogt，在威斯研究所工程师。

混合传感器的优越性能源于它的新的制造工艺，在该过程中，织物在硅芯的两侧附加一层液态硅，随后固化。这种方法允许硅树脂填充织物中的一些空气间隙，机械地将其锁在硅树脂上，增加可用于分发应变和储存电荷的表面积。该有机硅纺织混合利用的材料质量的提高灵敏度的运动：强，交锁织物纤维帮助限制多少硅胶变形，拉伸，和硅有助于织物恢复到原来的形状后，除去应变。最后，薄而柔韧的导线与热接缝胶带永久地连接在导电织物上，使传感器的电信息传输到电路而不需要硬、笨重的接口。

团队评估新的传感器设计进行应变的实验中，各种测量作为传感器采用机电仪拉伸。一般来说，当弹性材料被拉伸时，它的长度增加，而厚度和宽度减小，所以材料的总面积，因此，它的电容保持不变。令人惊讶的是，研究人员发现传感器的导电面积随着拉伸而增加，从而产生比预期电容还要大的电容。

基于硅基电容传感器的材料灵敏度有限。嵌入硅导电织物，然而，创造了一个矩阵，防止硅萎缩一样的宽度，从而提高灵敏度高于裸硅我们测试，”主要作者Asli Atalay说，在威斯研究所博士后。

混合传感器检测到在应变应用和小于半毫米的物理变化30毫秒内电容的增加，证实它能够捕捉人体尺度上的运动。为了测试真实场景中的能力，团队将一组手套集成到手套中，实时测量精细的手和手指的运动。这些传感器成功地检测到单个手指移动时的电容变化，表明它们的相对位置随着时间的推移。

“我们的传感器的灵敏度更高的意味着它具有区分小的运动能力，喜欢稍微动一根手指一边而不是简单的是否整个手是张开或紧握拳头，”共同作者Vanessa Sanchez，一个即将毕业的学生在生物实验室在海洋。

虽然这项研究是一个初步的概念证明，但该团队对这项技术未来发展的许多方向感到兴奋。

“这项工作体现了我们越来越重视在机器人系统中利用纺织技术，我们看到了在野外进行运动捕捉的前景很好的应用，例如追踪身体表现的运动服装或在家中监视病人的软性临床设备。此外，当与织物为基础的软致动器相结合，这些传感器将启用新的机器人系统，真正模仿服装，说：“沃尔什。

这项研究是由美国国家科学基金会的资助下对土耳其cbet-1454472支持科学技术研究委员会（浴缸˙itak）bideb-2219博士后研究项目，DARPA，和奖号w911nf-14-c-0051下战士的Web程序。意见、解释、结论和建议是作者的意见，并不一定得到美国军方的赞同。

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原：Lindsay Brownell，Wyss研究所