22、用于手指关节运动检测的人造皮肤设计与制造

用于手指关节运动检测的人造皮肤设计与制造

1. 引言

与传统的刚性材料传感器相比，柔性传感器具有诸多潜在优势，如生物相容性、适应性，以及能与人类和物体进行有效且安全的交互。刚性传感器难以适应不同的表面纹理，可能无法准确测量显著的变形，而且通常体积较大，与皮肤接触时会让用户感到不适。而柔性传感器具有可拉伸和灵活的特性，能以更简单的结构解决这些问题。它们可以用相对廉价的材料制造，并且具有高可靠性和准确性。

常见的柔性传感器材料包括弹性体、聚合物和水凝胶等。例如，硅橡胶等弹性体因其弹性和柔韧性常被使用；聚氨酯和聚二甲基硅氧烷（PDMS）等聚合物，因其易于成型和生物相容性而受欢迎；聚丙烯酰胺和海藻酸盐等水凝胶，因其高含水量和生物相容性也被频繁应用。

可拉伸的柔性传感器能够捕捉人体各部位的运动，如手腕、肘部和膝盖的运动。目前已有多种类型的柔性可穿戴传感器被报道，但柔性传感器仍处于发展阶段，市面上广泛使用的相关商业产品较少，而且哪种柔性传感技术最适合应变或曲率测量仍不明确。现有的柔性传感技术在性能或可扩展性方面存在不足。

不同类型的柔性传感器性能各异。软压阻应变传感器由负载导电颗粒的软聚合物制成，但存在蠕变和滞后问题；软电容传感器通常线性度好、滞后小，但灵敏度较低；软光波导具有高可拉伸性和低光损耗，但线性度可能较差且相对较重；三层薄膜可拉伸应变传感器虽功能强大，但重复使用时性能会有变化；基于石墨烯和碳纳米管的方法灵敏度高，但需要先进的制造工艺。近年来，软超声导波管取得了进展，它能通过在软聚合物波导中引导超声波，实现应变和接触位置的解耦测量，且具有制造工艺简单、无泄漏等优点。

手部在人类与周围环境的交互中起着关键作用，因此开发能够检测手部运动的柔性传感器