面向机器人的可打印带有传感器的皮肤

在智能手机和平板电脑的时代，触敏表面无处不在。它们也很脆弱，因为到处都有手机屏幕破裂的人可以证明。用传感器覆盖机器人(或飞机或桥梁)，将需要一种既灵活又具有成本效益的批量生产技术。麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室的一组研究人员认为3D打印可能是答案。

为了证明结合传感器和处理电路并可以在其环境中起作用的柔性，可印刷电子设备的可行性，研究人员设计并制造了一种通过改变表面斑点的颜色来响应机械应力的设备。

该装置的灵感来自于金龟甲虫或“金虫”，这是一种昆虫，其外表通常看起来是金色的，但是如果将其戳破或推向昆虫，即机械地施加压力，其外观会变成红橙色。

麻省理工学院电气工程与计算机科学(EECS)研究生Subramanian Sundaram说：“在本质上，传感器和互连网络被称为感觉运动通路。” “我们试图看看我们是否可以在3D打印物体内复制感觉运动通路。因此，我们认为我们可以找到最简单的生物。”

研究人员在《先进材料技术》杂志上介绍了他们的新设计。Sundaram是该论文的第一作者，资深作者是Sundaram的顾问EECS副教授Wojciech Matusik。EECS教授兼电子研究实验室主任Marc Baldo。Matusik实验室的前博士后Pitchaya Sitthi-Amorn加入了论文。姜子文，EECS的一名本科生;和Matusik计算制造小组的技术助理David Kim。

自下而上

数十年来，在柔性电子线路上沉积有某种类型的塑料基板的可印刷电子线路一直是研究的主要领域。但是Sundaram表示，能够印刷基板本身的能力大大增加了该技术可以生产的器件范围。

一方面，基板的选择限制了可以沉积在其顶部的材料的类型。由于印刷基板可以由许多材料组成，这些材料以错综复杂但规则的图案互锁，因此拓宽了可印刷电子产品可以使用的功能材料的范围。

印刷的基材也打开了设备的可能性，尽管这些设备以平板形式印刷，但可以将自身折叠成更复杂的三维形状。例如，加热时自发组装的可印刷机器人是CSAIL分布式机器人实验室正在进行的研究的主题，该实验室由MIT的安德鲁和厄尔纳·维特比电气工程与计算机科学教授Daniela Rus领导。

Sundaram说：“我们相信，只有能够打印下面的基材，您才可以开始考虑打印更复杂的形状。”

麻省理工学院的研究人员的新装置大约是T形，但具有宽而下蹲的基座和细长的横杆。横杆由弹性塑料制成，并在其全长上铺有一条银条。在研究人员的实验中，将电极连接到交叉开关的两端。T型车的底座由更坚硬的塑料制成。它包括两个印刷晶体管，研究人员称之为“像素”，一个半导体聚合物的圆，当交叉开关拉伸时，其颜色会改变，从而改变了银带的电阻。

实际上，晶体管和像素是由相同的材料制成的。当交叉开关伸展时，晶体管的颜色也会略有变化。但是，由于晶体管放大了来自纵横开关的电信号，因此在像素中的效果更加明显。Sundaram说，证明工作晶体管是必不可少的，因为大而密集的传感器阵列需要一定的容量来进行板载信号处理。

他说：“您不想将所有传感器都连接到主计算机，因为那样一来，您将收到大量数据。” “您希望能够进行巧妙的连接并仅选择相关信号。”

为了制造这种设备，研究人员使用了Matusik小组开发的MultiFab，这是一种定制的3-D打印机。MultiFab已经包括两个不同的“打印头”，一个用于发射热材料，一个用于冷却，以及一系列的紫外线发光二极管。使用紫外线辐射来“固化”由打印头沉积的液体，将产生设备的基材。

Sundaram添加了铜和陶瓷加热器，这对于沉积半导体塑料是必不可少的：塑料悬浮在喷洒到设备表面的液体中，加热器将液体蒸发，留下仅200纳米厚的塑料层。

流体边界

晶体管由半导体通道组成，在其顶部放置一个“栅极”，即金属线，该金属线在充电时会产生电场，从而在半导体的导电状态和非导电状态之间切换。在标准晶体管中，栅极和半导体之间有一个绝缘体，以防止栅极电流泄漏到半导体通道中。

麻省理工学院研究人员设备中的晶体管则用一层含钾盐的水将栅极和半导体分开。给栅极充电会驱动钾离子进入半导体，从而改变其导电性。

盐水层会降低设备的工作电压，因此可以使用普通的1.5伏电池供电。但这确实使设备不耐用。“我认为我们可能可以使其稳定运行两个月，” Sundaram说。“一种选择是用介于固体和液体之间的某种物质(例如水凝胶)代替该液体。但这是我们以后要处理的事情。这是初步演示。”

“该系统的概念和实现给我留下了深刻的印象，”德国斯图加特马克斯·普朗克固体研究所的有机电子研究小组负责人哈根·克劳克说。“通过沉积3-D打印沉积所有材料(包括固体和液体)来印刷整个光电系统(包括基板和所有组件)的方法无疑是新颖，有趣且有用的，并且可以演示功能系统确认该方法也是可行的。通过动态制造基板，该方法对于临时的制造环境特别有用，在这些环境中，可能无法获得专用的基板材料。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！