基于碳纳米管的应变传感器可以检测多个方向的变形

在过去的几十年里，电子工程师开发了越来越小、灵活和复杂的传感器，可以拾取从人体运动到心率和其他生物信号的各种信号。这些传感器反过来又促进了新电子产品的开发，包括智能手表、可以帮助监测用户健康状况的生物医学设备以及其他可穿戴或可植入系统

应变传感器旨在将机械力转换为电信号，是电子行业中使用最广泛的传感设备之一，因为它们对于跟踪人体运动和与健康相关的生物信号都很有价值。虽然这些传感器已经嵌入许多电子设备中，但大多数现有的解决方案只能跟踪一个方向的运动

能够准确检测多个方向上的运动和力的传感器可能非常有利，因为它们可以应用于更广泛的场景。此外，这些传感器可以嵌入现有的电子设备中，以扩展其功能或增强其能力

北京大学的研究人员最近开发了一种新的有前景的应变传感器，可以检测多个方向的变形。这种传感器发表在ACS Sensors上的一篇论文中，是使用被称为碳纳米管的微小碳基圆柱形结构制造的

“柔性和可拉伸的传感器在人机交互、运动捕捉和健康监测领域引起了极大的关注，”杨永生、任勤琪和他们的同事在论文中写道。“目前，大多数传感器仅限于捕捉单一方向的运动，缺乏分析现实世界中多向变形的能力。能够检测多向变形的单一设备一直是一个很高的期望和艰巨的挑战。”

为了开发一种可以检测多向变形的传感器，杨、任和他们的同事在薄硅片上生长了垂直排列的碳纳米管。然后，他们将这个晶片放在一种高度柔性的材料上，这种材料可以很容易地集成到可穿戴设备中

研究人员写道：“我们通过采用‘一步式’滚动工艺，将生长在硅片上的垂直排列的碳纳米管转移到柔性Ecoflex基板上，实现了使用单个传感器进行多向传感的想法。”。“整个制备过程简单高效。不同的导电路径沿着不同的方向形成，由碳纳米管的轧制过程和图案设计控制，从而产生敏感的方向依赖性。”

该团队采用的轧制过程能够形成不同的导电路径（即电流可以流过的路径）。当他们评估传感器的性能时，研究人员发现它可以高精度地检测多个方向的变形

研究人员写道：“该传感器表现出卓越的性能，包括宽工作范围（0-120%）、高灵敏度（GF=126.6）、短响应时间（64毫秒）和良好的稳定性（在40%的应变下超过4000次循环）。”。“这些传感器被证明可以检测运动信号和监测人类健康，从细微的运动信号到大变形。

”这些传感器特性满足了各种实际场景的要求，在人机交互界面、智能机器人和原位健康监测方面具有巨大的应用潜力。”

未来，该研究团队开发的新型应变传感器可以进一步改进，并集成到各种电子产品中。最值得注意的是，它可以用于开发更先进的生物医学设备、智能手表、健身追踪器、假肢和机器人系统