A Battery‐Free Wireless Tactile Sensor for Multimodal Force Perception

材料科学 电池(电) 感知 无线 触觉知觉 声学 计算机科学 电信 神经科学 量子力学 生物 物理 功率(物理)
作者
Haicheng Gu,Bohan Lu,Zhenqiu Gao,Shaokuan Wu,Liming Zhang,Lingjie Xie,Jixin Yi,Yina Liu,Baoqing Nie,Zhen Wen,Xuhui Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (52) 被引量:23
标识
DOI:10.1002/adfm.202410661
摘要

Abstract Multimodal tactile sensors, as key information input channel in human‐machine interactions, have faced the significant challenges including high power‐consumption, multimodal data fusion, and wireless transmission. In this work, a battery‐free multimodal wireless tactile sensor (TC‐MWTS) based on tribo‐capacitive coupled effect for normal and shear force fusion sensing is proposed, which is enabled by a 3D structure combining a triboelectric sensor and a capacitive sensor coupled with an inductive coil. A triboelectric sensor equipped with contact‐discharge structures exhibits 25‐fold wireless signal enhancement compared to conventional triboelectric sensors. Based on the characteristics of dual time‐frequency domain information existing in the wireless signals, both normal and shear forces can simultaneously be converted into voltage amplitude V and eigenfrequency f , respectively, without crosstalk and complex decoupling signals. The TC‐MWTS exhibits a maximum sensitivity of 2.47 V kPa −1 for normal force from 2 to 30 kPa and a sensitivity of 0.28 MHz N −1 for shear force between 0.3 and 1.0 N. Finally, the excellent sensing capability of TC‐MWTS to sense complex multidimensional forces in human‐machine interaction is demonstrated. This work innovatively proposes a new mechanism and methodology for effectively fusing and processing multimodal tactile information, which may drive the tremendous development of low‐power multimodal tactile sensing system.
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