多级互锁碳管触觉传感器

−42 °C 至兆帕级稳定

仿生多级互锁结构让传感器在极低压到兆帕级宽域内保持高灵敏，并在极端温度与高负载下仍能稳定工作。

Yu, Zhang · Duoduo, Fu · Ziying, Chen · Chenyu, Wu · Cheng, Liu · Zhangbo, Zhou · Baisong, Yang · E, Shiju Ju

Chemical Engineering Journal 2025

参数信息

灵敏度

52.94 kPa⁻¹

检测范围

1 MPa

响应时间

21 ms

循环稳定性

10000 cycles

低温工作极限

-42.3 °C

高温水浸耐受

100 °C

抓握识别准确率

97 %

技术优势

灵敏度极高

多级互锁结构促进分级应力传递并稳定导电路径，在3.4 Pa–10 kPa范围内灵敏度高达52.94 kPa⁻¹，能捕捉微弱压力信号。

检测范围超宽

同一传感器可检测从3.4 Pa的轻柔触碰到高达1 MPa的重压，无需为不同量程更换传感器。

极端条件依然稳定

在−42.3 °C低温、100 °C水浸以及50 N负载下循环10,000次后，传感器仍保持稳定性能，适合恶劣环境应用。

制造简便可扩展

采用棉毛巾作为模板，通过压花、机械拉绒和浸渍即可构建多级结构，成本低且易于大面积制备。

应用场景

• 电子皮肤：从3.4 Pa到1 MPa全覆盖，电子皮肤可同时感知轻柔触摸和重压，并耐受极端温度。
• 人形机器人触觉：宽检测范围和高灵敏度使机器人指尖能区分从轻触到紧握的力度，且在高负载循环下保持稳定。
• 可穿戴健康监测：能检测脉搏等微弱生理信号，且耐低温、水浸，适用于日常可穿戴场景。
• 柔性压力传感：在超宽压力范围内保持高灵敏度，无需为不同量程更换传感器。
• 智能抓握：结合LSTM网络实现抓握过程中实时压力监测与物体识别，准确率超97%。