劍橋大學：生物仿生可拉伸裝置中的各向同性全向超靈敏應變傳感與深度學習輔助方向識別

具有全向傳感能力的柔性和可拉伸物理傳感器在應對醫療監測、人體運動檢測和人機界面中復雜、可變和動態的現實場景方面具有重要意義。為了量化振動和變形刺激，可拉伸應變傳感器在可穿戴電子產品和電子皮膚領域發揮著至關重要的作用，具有高靈活性、簡單性和一致性的優點。在可拉伸應變傳感器的開發方面取得了顯著成就，重點是通過利用新型納米材料和微/納米結構來提高其靈敏度、可拉伸性、耐用性、滯后性和檢測限。值得注意的是，需要在小應變范圍內具有出色的靈敏度，使傳感器能夠檢測到脈搏波和喉嚨振動等微小的生物物理信號。然而，由于其固有特性，如長徑比大的結構和單向分布的傳感材料，大多數性能優異的可拉伸應變傳感器都受到僅將單軸應變轉換為電信號的能力的限制，阻礙了它們在多軸應變環境中的應用。因此，迫切需要開發更復雜的應變傳感器系統，能夠有效地感知包含來自各個方向的應變的復雜信息。

最近，為了檢測更復雜的多軸應變條件，主要通過兩種策略開發了全向應變傳感技術：單傳感器和多傳感器系統。在單傳感器方案中，某些各向同性全向柔性應變傳感器是使用圍繞圓形排列的彎曲微槽設計的，并將手性伸縮超材料結合到基板中。雖然這些傳感器可以高靈敏度地檢測來自多個方向的應變，但它們無法用單個傳感器確定應變的具體方向，因此需要額外的傳感器陣列。之前實現定向應變傳感的嘗試基于多傳感器系統方法，通常涉及以特定角度定位的兩個或三個各向異性應變傳感器，以及基于每個傳感器之間的信號差計算應變強度和方向的定制算法，這與本工作中提出的單傳感器方法有著根本的不同。此外，由于缺乏各向同性特性，當涉及到處理多向應變（即在不同方向施加相同的應變）時，多傳感器系統方法更加復雜。從技術上講，在單個傳感器內實現各向同性全向應變傳感和方向識別是挑戰性的，因為基本原理從根本上講是相反的。各向同性傳感需要一個均勻的平臺來輸出相同的響應，而方向識別則依賴于信號的差異。因此，考慮到傳感器的預期簡單性和效率，對于各種實際應用來說，迫切需要一種將這兩個特征結合起來的可行策略。

來源：傳感器專家網