麻省理工学院工程师设计“感觉”压力和地图刺激的触摸感手套

当您拿起气球时,保持其握住的压力与您将握住的罐子施加的压力不同。现在,麻省理工学院和其他地方的工程师可以精确衡量和映射此类S

当您拿起气球时,保持其握持的压力与您将握住的罐子施加的压力不同。

现在,麻省理工学院和其他地方的工程师可以精确测量和绘制这种触觉灵活性的微妙之处。

该团队设计了一种新的触摸感手套,可以“感觉到”压力和其他触觉刺激。手套的内部用传感器系统螺纹,该系统检测,测量和映射整个手套的压力的微小变化。单个传感器高度调整,可以在整个皮肤上拾取非常弱的振动,例如从一个人的脉搏中。

当受试者在拿起气球与烧杯的同时戴上手套时,传感器会生成针对每个任务的压力映射。握住气球会在整个手掌上产生相对均匀的压力信号,同时抓住烧杯,在指尖上产生了更大的压力。

研究人员说,触觉手套可以帮助重新培训运动功能和遭受中风或其他良好运动状况的人的运动功能和协调。手套也可能适应增强虚拟现实和游戏体验。该团队设想将压力传感器不仅将其集成到触觉手套中,还设想将压力传感器整合到柔性粘合剂中,以比智能手表和其他可穿戴监视器更准确地跟踪脉搏,血压和其他生命体征。

MIT机械工程学教授Nicholas Fang说:“我们的感应结构的简单性和可靠性对多种医疗保健应用有很大的希望,例如脉搏检测并恢复触觉功能障碍患者的感觉能力。”

方和他的合作者在今天在自然传播中出现的一项研究中详细介绍了他们的结果。该研究的合着者包括麻省理工学院的Huifeng Du和Liu Wang,以及中国南部科学技术大学(Sustech)的Chuanfei Guo教授。

手套的压力传感器原理与测量湿度的传感器相似。在HVAC系统,冰箱和气象站中发现的这些传感器被设计为小电容器,带有两个电极或金属板,将橡胶“介电”材料夹在两个电极之间,将电荷驶入电荷。

在潮湿的条件下,介电层充当海绵,可从周围的水分中吸收带动的离子。这种离子的添加​​改变了电极之间的电容或电荷量,可以量化并转换为湿度的测量。

近年来,研究人员已将这种电容性三明治结构调整为薄,柔性的压力传感器的设计。这个想法相似:当传感器被挤压时,其介电层中电荷的平衡会移动,以可以测量并转换为压力的方式。但是大多数压力传感器中的介电层相对较大,从而限制了它们的灵敏度。

对于他们的新触觉传感器,麻省理工学院和Sustech团队取消了传统的介电层,转而采用令人惊讶的成分:人类汗水。由于汗水自然含有钠和氯化物等离子,因此他们认为这些离子可以用作介电式固定。他们不是三明治结构,而是设想了两个薄的平坦电极,放在皮肤上,形成具有一定电容的电路。如果将压力施加到一个“传感”电极上,则来自皮肤自然水分的离子会积聚在下侧,并以它们可以测量的量更改两个电极之间的电容。它们发现它们可以通过覆盖范围来提高感应电极的敏感性它的底面是一片微小的,弯曲的导电头发的森林。每头发都将用作主电极的显微镜延伸,这样,如果将压力施加到电极的角度,则该特定区域中的头发会弯曲,并从皮肤中积聚离子,则程度以及其位置可以精确测量和映射。

压力支柱

在他们的新研究中,该团队制造了薄的内核大小的传感电极,衬有数千个金色微观丝或“微柱”。他们证明他们可以准确地测量响应各种力量和压力的微柱组弯曲的程度。当他们将传感电极和对照电极放在志愿者的指尖上时,他们发现结构非常敏感。传感器能够在人的脉冲中拾取微妙的相位,例如同一周期中的不同峰。他们也可以保持准确的脉搏读数,即使当他们穿过房间时,戴着传感器的人挥舞着手。支柱可以捡起。”

然后,研究人员将其新的Micropillared压力传感器的概念应用于高度敏感的触觉手套的设计。他们从团队从架子上购买的丝绸手套开始。为了制造压力传感器,它们用碳布切出小正方形,碳布是由许多类似于微柱类似的细丝组成的纺织品。

他们通过向天然导电金属喷洒金来将每个布正方形变成传感电极。然后,他们将布电极粘在手套内衬里的各个部位,包括指尖和手掌,以及整个手套的螺纹导电纤维,以将每个电极连接到手套的手腕,研究人员在那里粘合了控制电极。

几名志愿者轮流戴着触觉手套并执行各种任务,包括握住气球和握住玻璃烧杯。团队从每个传感器收集读数,以在每个任务期间跨手套创建压力图。这些地图揭示了每个任务期间产生的明显和详细的压力模式。该团队计划使用手套来确定其他任务的压力模式,例如用笔写作和处理其他家用对象。最终,他们设想这种触觉辅助工具可以帮助运动功能障碍的患者校准和增强其手工质和握力。

Fang说:“一些精细的运动技能不仅需要知道如何处理物体,而且还需要施加多少力。” “这种手套可以为我们提供对对照组的抓地力的更准确测量,而从中风或其他神经系统疾病中恢复过来。这可能会增加我们的理解并实现控制。”

这项研究得到了麻省理工学院和Sustech的机械工程研究和教育联合中心的支持。

经过麻省理工学院新闻的许可转载。阅读原始文章。

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