王双飞院士Advanced Materials：自供电可视化触觉传感器
纳米人
2022-12-08
触觉和视觉在塑造我们与世界的互动中起着核心作用,它帮助我们识别物体并传达感觉。机器人同样需要依靠类似的传感器作为反馈工具，以提高机器人的灵活性和环境感知能力。近日，王双飞院士团队报道了一种新型的可视化触觉传感器，实现了无需外接电源的自供电触觉反馈，使传感器摆脱了能源的困扰。基于生物质材料优异的摩擦电特性，赋予此类传感器前所未有的自供电性能（开路电压可达1327 V）。随后将其与可视化元件进行有源矩阵集成，构建了可以实现手部应力强度反馈以及抓取状态感知的可穿戴触觉传感器。
采用折纸技术和表面工程的组合工艺提升TENG的摩擦面积，充分利用材料的多维度摩擦电效应。壳聚糖-NH2和特氟龙-F的电子亲和力不同，在触摸应力的作用下电子由壳聚糖摩擦层向特氟龙摩擦层转移。通过外接感应电极可以收集这种电子转移过程，并连接LED实现手掌按压的可见光反馈。
X-TENG较普通的壳聚糖提升了448%，最高输出功率密度可达2.1 W/m2，并成功观测到空气击穿电火花现象。通过横向比较，X-TENG具有目前可穿戴柔性自供电传感器最高的输出性能。
基于X-TENG的高输出性能，可以在轻松触摸下驱动可视化光源（LED）产生可见光。在正常触碰应力（100 kPa）下X-TENG驱动可视化光源最大的亮度可达9.8 cd/m2。
通过将可视化装置按照在腕力圈上，提出了一种可反馈应力强度的自供电装置，不同的按压强度可通过LED完成实时的触觉反馈。
在智能宇航服和机器人上应用这种可穿戴触觉可视化反馈设备，即使在黑暗环境条件下也可以实现便捷的人机交互。Lu, D., Liu, T., Meng, X., Luo, B., Yuan, J., Liu, Y., Zhang, S., Cai, C., Gao, C., Wang, J., Wang, S. and Nie, S., Wearable Triboelectric Visual Sensors for Tactile Perception. Adv. Mater. 2022. https://doi.org/10.1002/adma.202209117
聂双喜，广西大学教授，国家高层次人才计划入选者。主要从事纤维素绿色制备及功能化方面的应用基础研究，在纸浆清洁漂白及先进纤维素功能材料方面取得系列原创性成果，为我国造纸行业可持续发展提供了有力的科学支撑。共主持省部级以上项目7项，其中国家自然基金3项（面上项目2项）；以第一/通讯作者在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Mater. Today、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano等期刊上发表SCI论文60余篇，其中SCI一区论文50篇、影响因子15.0以上的论文26篇；论文被国际同行引用4700余篇次，累计入选ESI热点论文2篇、ESI高被引论文16篇；共获授权发明专利28件，其中5项技术已实现成果转化，转让到校总经费387万元。先后获得“国家技术发明二等奖”、“国家霍英东青年教师奖”、“教育部技术发明一等奖”、“广西科技进步二等奖”、“广西青年五四奖章”、“广西青年科技奖”及“广西创新争先奖”。
