Ultra‐Sensitive, Deformable, and Transparent Triboelectric Tactile Sensor Based on Micro‐Pyramid Patterned Ionic Hydrogel for Interactive Human–Machine Interfaces

摩擦电效应 材料科学 触觉传感器 可穿戴计算机 聚二甲基硅氧烷 可穿戴技术 纳米技术 计算机科学 光电子学 嵌入式系统 机器人 人工智能 复合材料
作者
Kai Tao,Zhensheng Chen,Jiahao Yu,Haozhe Zeng,Jin Wu,Zixuan Wu,Qingyan Jia,Peng Li,Yong Qing Fu,Honglong Chang,Weizheng Yuan
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:9 (10) 被引量:125
标识
DOI:10.1002/advs.202104168
摘要

Rapid advances in wearable electronics and mechno-sensational human-machine interfaces impose great challenges in developing flexible and deformable tactile sensors with high efficiency, ultra-sensitivity, environment-tolerance, and self-sustainability. Herein, a tactile hydrogel sensor (THS) based on micro-pyramid-patterned double-network (DN) ionic organohydrogels to detect subtle pressure changes by measuring the variations of triboelectric output signal without an external power supply is reported. By the first time of pyramidal-patterned hydrogel fabrication method and laminated polydimethylsiloxane (PDMS) encapsulation process, the self-powered THS shows the advantages of remarkable flexibility, good transparency (≈85%), and excellent sensing performance, including extraordinary sensitivity (45.97 mV Pa-1 ), fast response (≈20 ms), very low limit of detection (50 Pa) as well as good stability (36 000 cycles). Moreover, with the LiBr immersion treatment method, the THS possesses excellent long-term hyper anti-freezing and anti-dehydrating properties, broad environmental tolerance (-20 to 60 °C), and instantaneous peak power density of 20 µW cm-2 , providing reliable contact outputs with different materials and detecting very slight human motions. By integrating the signal acquisition/process circuit, the THS with excellent self-power sensing ability is utilized as a switching button to control electric appliances and robotic hands by simulating human finger gestures, offering its great potentials for wearable and multi-functional electronic applications.
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