研究讨论压阻式传感器应用的进展

电子皮肤（e-skin）是一项具有重要意义的柔性技术，可以准确复制人体皮肤的各种功能。它在假肢、机器人和医疗检测和诊断设备方面具有显着的潜力。

电子皮肤响应外部丰富多样的刺激（如温度、压力、应变、弯曲、振动和滑动）的关键功能组件是赋予其出色传感能力的柔性触摸传感器。基于压阻效应，该范例中的柔性触觉传感器具有低能耗、廉价、高灵敏度和宽检测限。因此，灵活的压阻式传感器正在寻找广泛的应用，并且由于可靠和放大制造而成为最热门的研究课题之一。力引起的电阻变化原理构成了压阻式传感器设计的基础。在过去的十年中，越来越多的研究旨在提高柔性压阻传感器的性能。已针对更高的灵敏度、检测限、均一性、一致性、响应性和恢复时间进行了系统研究。出于这些原因，柔性压阻式传感器的设计和生产采用尖端材料制造技术，如静电纺丝、光刻、激光加工、冷冻干燥和 3D 打印。

用于电子皮肤的柔性压阻式传感器通常必须满足几个要求，包括生物相容性、拉伸时的灵活性和无线信号传输。例如，将聚合物与导电材料结合可以实现压阻式传感器的高传感性能，它兼具灵活性和可扩展性。在此过程中，柔性压阻式传感器研究领域的进步和改进正在自动警报、可视化，甚至体内植入和体征监测等领域取得进展。这些快速的进步使灵活的压阻传感器能够执行人类皮肤以外的任务，例如物体的声音感知和微触觉操作，另一方面辅助假肢，以及机器人实现触觉功能。

研究人员对柔性压阻式传感器的设计理念、传感架构和应用开发进行了全面分析。目前的综述首先介绍了基于各种材料的压阻响应的基本原理，为创建良好的柔性压阻传感器提供了理论基础。金属、导电碳化合物、半导体、导电聚合物和绝缘聚合物是可用于制造压阻传感器的材料。虽然半导体材料的压阻通常依赖于外部因素下改变的载流子迁移率，但金属材料的压阻效应主要基于几何尺寸的变化。这两种材料的制造通常非常坚硬且复杂，这使得它们在柔性压阻传感器中不太常见。导电复合材料也得到了大量的研究。渗流理论、隧道机制以及接触面积和接触点的变化是它们的一些基本概念。

然后，审查彻底检查了柔性压阻传感器的重要部分，即传感结构。这些结构可以创建为微突起、裂纹、纤维、孔隙和复合结构，为改进柔性压阻传感器的关键功能提供了创新。该范例彻底涵盖了制造、结构和传感性能之间的联系。例如，即使适当的结构设计可以显着提高传感器的灵敏度，但由于传感机制和所用材料的限制，柔性压阻式传感器经常无法在高灵敏度和宽检测范围之间取得平衡。尽管这通常伴随着复杂的制造工艺，但柔性压阻式传感器可以通过复合结构设计实现出色的灵敏度和宽线性响应范围。正如本文所讨论的，快速发展的 3D 打印技术在生产具有复杂设计的压阻结构方面具有优势，能够以高精度和高效率快速制造，以支持柔性压阻传感器的未来发展。

该文章的摘要涵盖了在电子皮肤中使用柔性压阻传感器用于假肢和机器人开发、语音识别、健康监测和其他目的。柔性压阻式传感器可以检测健康监测中的大规模人体运动和小力生命体征（如脉搏和心跳）。适应性强、灵敏度高的压阻式传感器可以响应语音的各种特征峰值，并实现音量和音色检测。可调压阻式传感器也可用于医疗和手术机器人，以防止不必要的伤害。

最后，作者总结了本文所涉及的柔性压阻传感器未来研究的主要方向，并谈到了潜在的应用和挑战，如在避免干扰噪声的同时保持高灵敏度，追求稳定和长期的性能，实现便携式无线信号传输和收藏。解决这些问题和困难无疑将导致对柔性压阻传感器进行持续的、创造性的改进。