01 参议布景周处除三害 麻豆

在东谈主工智能与机器东谈主技能快速发展的布景下，触觉感知系统行动机器东谈主与环境进行智能交互的要津接口，其迫切性日益突显。传统触觉固然能在常温环境下灵验责任，但在高温等极点环境中常常难以保持踏实性能，这严重制约了机器东谈主在非凡工况下的应用。摩擦纳米发电技能凭借其私有的责任机理，为开发新式环境稳健性触觉传感器提供了变调道路。

在这一技能改进中，纸基摩擦电材料展现出私有的上风和宏大的应用前程。纸张行动性能优异的摩擦电材料，不仅具备可再生、可降解、生物相容等环境友好性情，更迫切的是，其分子结构中β-D-吡喃葡萄糖环上丰富的羟基赋予了材料优异的极化性能过火本征耐高温性情，这些特色使纸基摩擦电材料在高温触觉传感界限具有不行替代的上风，有望成为替代传统石油基合成团员物的理想遴荐，为束缚高温环境下的触觉感知辛勤提供全新的材料基础和技能决策。

02 著述抽象

近日，广西大学刘艳华等东谈主贪图了一种卓越东谈主类触觉感知的极点环境自稳健的摩擦电传感器。欺诈高温下踏实的纤维素摩擦电材料，贪图了可孤立输出双重信号的非对称结构，达成了高温下压力与热刺激的并行感知。这项后果以题为“Triboelectric tactile sensor for pressure and temperature sensing in high-temperature applications”发表在了《Nature Communications》上。广西大学为独一完成单元，2022级博士生刘艳华为本参议第一作家，聂双喜纯属为通信作家，王金龙、刘涛、韦芷婷、罗斌、迟明超、张松、蔡晨晨、高聪、赵桐等同学参与参议。

03 图文导读

1 摩擦电传感器的仿生灵感

撒哈拉银蚁是一种大约在高温环境中保持多感官知觉的虫豸，这种对恶劣环境下的稳健才智为高温环境下触觉传感器的贪图提供了灵感。此外，东谈主类皮肤通过机械和温度感受器来辞别机械和热刺激，从而达成对触摸和温度刺激的大小和位置的时空识别，以确保与复杂环境的安全灵验的东谈主机交互。当皮肤因机械力变形与温度刺激时，对应的离子通谈通达，离子流动，从而造成生理电信号。受此启发，欺诈外界刺激下摩擦电荷发生滚动进而产生电信号的上风，贪图了极点环境自稳健的压力/温度反应的摩擦电传感器。

图1. 仿生旨趣默示图

2 极点环境自稳健摩擦电触觉传感器的贪图

该触觉传感器由感知压力的摩擦纳米发电机（P-TENG）和感知温度的摩擦纳米发电机（T-TENG）组成。多模态传感器欺诈T-TENG有限的斗殴面积幸免了力的搅扰，且通过双层结构与热踏实的材料屏蔽了热刺激对信号输出的碎裂。单电极形式入手的每层传感器产生孤立的信号，从而能明晰、无搅扰的集会并辞别触觉与温度的电信号，展现出聪敏与耐高温性情，为极点环境下的多种刺激反应提供了可能。将小型传感器通过激光打印的柔性可拉伸电极拼装在机械手上，展示了摩擦电触觉传感器在物体多模态感知和信息反馈的应用。

图2. 卓越东谈主类触觉感知的极点环境自稳健压力/温度反应摩擦电传感器

3 压力反应活动

通过两步封装政策贪图了结构分歧称的双层传感器以达成压力与温度的同期感测。本责任将结构分歧称的弹性硅胶行动外壳达成压力刺激的快速反应。进一步制备了不同尺寸的传感器，参议发现摩擦电性能跟着尺寸增多呈线性增长。对P-TENG施加压力，应力压缩与归附的反适时刻分别为70 ms和 58 ms，远远快于东谈主类对触觉刺激的反适时刻（139 ms）。当压力小于8.36 kPa时，摩擦电信号的聪敏度为9.21 kPa −1。在200°C进行2000次轮回测试后，传感器的输出性能莫得显著变化，解释了P-TENG的耐用性和鲁棒性。

图3. 压力传感

4 温度反应活动

名义平整的具有优异热踏实性的纤维素膜与FEP分别行动正负摩擦电材料，受环境温度的刺激，材料储存的电荷发生无序耗散，输出电压下落。T-TENG传感器聪敏度的线性度为0.997，且施展出压力不敏锐性。传感器信号跟着温度的变化施展出高度一致性，况且在加热-冷却轮回时间不雅察到高度可重迭的输出电压，解释了传感信号对环境温度的及时自稳健性。T-TENG传感用具有宽范围及卓越东谈主类皮肤的温度传感才智（25-200°C），优于文件中报谈的自供电温度传感器，为极点环境下的温度感知及东谈主机交互等界限的发展提供了契机。

图4. 温度传感

5 压力-温度多模态传感

在骨子应用中需要同期和独就地检测多个刺激，这条款传感器对耦合信号具有低的交叉搅扰和踏实的解耦才智。与表面收尾比拟，P-TENG受温度影响的交叉耦合过错小于0.4%，T-TENG受温度影响的交叉耦合过错小于3.2%。多模态摩擦电传感器的线性依赖性构建的特征矩阵用于多重信号的踏实解耦。演示了摩擦电传感器在多重耦合刺激复杂场景中的及时反应，考据了摩擦电传感器对温度和压力信号具有低交叉敏锐性。

图5. 在单个摩擦电传感器中达成压力-温度解耦和双峰传感

6 高温环境下的及时物体识别

将传感器集成在机械手的五个指尖上组成智能触觉系统，进行未知物体的识别。该系统可费力纵容机械手同步模拟手的各式畅通，向用户提供空间散布的触觉反馈，为代替东谈主类在复杂极点环境下扩充潜在的危境任务提供了念念路。机械手内侧的摩擦电传感器抓合手不同温度和时势的物体时，获得宽裕不同的信号。由于抓合手民风，每个指尖的个数及使劲大小不同，输出信号也不尽换取。将神经集会学习与触觉传感器相皆集，传感系统透露出优异的识别性能，平均识别准确率达到了94%。

图6. 高温环境下的触觉感知

04 论断

总之，这项责任展示了一种适用极点环境的压力/温度反应卓越东谈主类触觉感知范围的摩擦电触觉传感器。该触觉传感器基于摩擦纳米发电机技能，欺诈高温下踏实的纤维素摩擦电材料，贪图了可孤立输出双重信号的非对称结构，以达成高温环境下的多种刺激反应。该开拓达成了无外电源供应的及时数字化反应，况且尺寸可开脱切换的特色有益于可扩张集成。皆集机器学习技能不错进一步在高温环境下准确识别物体的时势和温度。所提议的自供电多模态的传感系统为顶端东谈主机交互的发展提供了贪图念念路。有关词，这项责任仍处于初步参议阶段，不错通过多学科交叉交融进一步达成极点环境下的复杂应用。

原文勾通：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55771-0

起原：高分子科学前沿

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