A Highly Sensitive Flexible Capacitive Tactile Sensor with Sparse and High‐Aspect‐Ratio Microstructures

触觉传感器 材料科学 聚二甲基硅氧烷 电容感应 纳米技术 光电子学 稳健性(进化) 制作 软机器人 电极 机器人 计算机科学 人工智能 基因 操作系统 病理 物理化学 化学 医学 替代医学 生物化学
作者
Yongbiao Wan,Zhiguang Qiu,Ying Hong,Yan Wang,Jianming Zhang,Qingxian Liu,Zhigang Wu,Chuan Fei Guo
出处
期刊:Advanced electronic materials [Wiley]
卷期号:4 (4) 被引量:399
标识
DOI:10.1002/aelm.201700586
摘要

Abstract Highly sensitive flexible tactile sensors that can be fabricated in a low cost and efficient way are in great demand for intelligent soft robotics and friendly human–machine interaction. Herein, a highly sensitive flexible tactile sensor is developed by using bionic micropatterned polydimethylsiloxane (m‐PDMS) replicated from lotus leaf. The m‐PDMS substrate consists of high‐aspect‐ratio and low‐density microtowers, and is covered by ultrathin silver nanowires as a bottom electrode. The capacitive sensing device is constructed by sandwiching the bottom electrode, a colorless polyimides dielectric layer, and a top electrode, and exhibits a high sensitivity of ≈1.2 k Pa −1 , a ultralow limit of detection <0.8 Pa, and a fast response time of 36 ms. The finite‐elemental analysis indicates that the sparse and high‐aspect‐ratio microtowers are critical to achieve high sensitivity, low limit of detection, and fast response to external stimulus. The flexible tactile sensor also exhibits high robustness: it can be tested for at least 100 000 cycles without showing fatigue. More importantly, the flexible tactile sensors are potentially useful in intelligent soft robots, health monitoring, and motion detection. Besides, the fabrication strategy may offer a guideline to design other microstructures for improving the performance of flexible tactile sensors.
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