韩国中央大学融合3D打印与溶剂结晶技术，提升自供电触觉传感器效能

2025年1月5日，南极熊获悉，韩国中央大学的研究团队将3D打印技术与溶剂型结晶技术相结合，显著提高了压电和摩擦电触觉传感器的灵敏度和适应性。这项研究突破了现有技术的局限性，为触觉传感器的未来发展开辟了新的道路。

△相关研究已发表在《国际极限制造杂志》第7卷上，题目为“高灵敏度、自供电压电和摩擦电触觉传感器的制造策略”（传送门）

研究背景

压电传感器依赖于非中心对称材料（如石英和PVDF）中的机械应力产生电压，而摩擦电传感器则依赖于接触诱导的电荷转移。尽管这两种传感器在自供电功能和高灵敏度方面具有独特优势，但它的应用范围一直受限于材料的脆性和对环境条件的敏感性。

研究团队对压电和摩擦电触觉传感器的制造策略进行了全面的审视，专注于提升传感器的灵敏度、灵活性和自供电能力。研究中考察了多种材料特性、制造工艺和设备设计，以克服压电材料的脆性和摩擦电传感器的环境敏感性等挑战。

Ryu教授强调：“我们提出的策略将有助于开发适用于机器人、可穿戴设备和医疗保健系统的高性能传感器。”

△基于压电和摩擦电的高灵敏度和自供电传感应用的示意图

3D打印在触觉传感器领域取得的技术进步

在智能系统中，压电传感器通过将机械刺激转换为电信号，发挥着至关重要的作用。研究人员特别强调了通过掺杂、控制结晶度和集成复合材料来提高压电常数的重要性。显著的进展包括采用无铅陶瓷和聚合物混合物，制造出既柔性又环保、适合动态应用的传感器。此外，将3D打印与基于溶剂的结晶技术相结合，已被证明能显著提升这些传感器的灵敏度和适应性。

△基于摩擦电的距离和材料传感器的制造策略

对于摩擦电传感器，表面改性技术如等离子处理、微结构化和介电常数优化，已被用来增强性能。这些策略提升了电荷转移效率，促进了耐用、高输出传感器的开发。研究人员还展示了混合材料和纳米结构在保持灵活性和环境适应性的同时，提高摩擦电性能的有效性。

这项研究是首批全面概述压电和摩擦电触觉传感器制造策略的研究之一，强调了它们互补的优势。结果表明，创新材料工程与先进制造技术的结合对于制造能够进行多模态传感和实时交互的传感器至关重要。这种跨学科的方法有望扩展触觉传感器在各行各业的应用范围。

△未来的触觉传感器需要在不规则形状而非平面形状下工作，以适应可穿戴设备、医疗应用和机器人应用，因此需要传感器形状具有高度的自由度

利用AI优化3D打印触觉传感器

研究还探讨了将人工智能与触觉传感器结合，以实现高级数据处理和多刺激检测的潜力。人工智能驱动的触觉输入分析，例如纹理和压力识别，能显著提高设备的准确性和功能性。这种集成预示着模仿人类感官能力并实现更高运行效率的下一代传感器的到来。

Ryu教授指出：“基于人工智能的多感官传感器预计将为多个领域带来创新进步。”该研究为开发与人类需求无缝集成的智能系统奠定了基础，涵盖从医疗监测到机器人界面的应用。