研究背景 柔性電容式觸覺傳感器作為智能時代的新興產(chǎn)物，在機器人、元宇宙、物聯(lián)網(wǎng)等前沿領(lǐng)域備受關(guān)注。然而，在智能化進程不斷演進的背景下，開發(fā)出能夠媲美甚至超越人體皮膚感知能力的電容式觸覺傳感器始終是一個挑戰(zhàn)。因此，一系列致力于提高電容式觸覺傳感器性能的策略應(yīng)運而生，其中將形貌結(jié)構(gòu)引入活性層是最有效的。鑒于此，基于形貌工程技術(shù)的電容式觸覺傳感器得到了大量的研究和關(guān)注，使得各種形貌工程技術(shù)的快速發(fā)展逐漸形成了“百家爭鳴”的態(tài)勢。因此，全面的綜述對于基于形貌結(jié)構(gòu)的電容式觸覺傳感器及其工程技術(shù)提供有價值的指導(dǎo)至關(guān)重要。 研究成果 然而，以前的綜述主要集中在與新材料和前沿應(yīng)用相關(guān)的討論，沒有對形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程技術(shù)進行更有針對性、更深入和全面的總結(jié)。近日，濟南大學(xué)牛閎森/高嵩/岳文靜、山東大學(xué)李陽在Applied Physics Reviews上發(fā)表了題為“Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors”的綜述文章(DOI: 10.1063/5.0230470)。本綜述重點介紹了基于形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程技術(shù)的電容式觸覺傳感器的最新進展，以及它們在智能系統(tǒng)中的應(yīng)用。特別是，全面回顧了用于構(gòu)建電容式觸覺傳感器的最具代表性的形貌結(jié)構(gòu)（單層結(jié)構(gòu)、多層結(jié)構(gòu)、三維多孔結(jié)構(gòu)、纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和層次結(jié)構(gòu)）和衍生的形貌工程技術(shù)（模板轉(zhuǎn)移、靜電紡絲、磁輔助和溶液合成）。此外，系統(tǒng)地總結(jié)了通過將當(dāng)前尖端技術(shù)（例如，數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)和人工智能算法）與電容式觸覺傳感器相結(jié)合的智能系統(tǒng)。最后，詳盡闡述了當(dāng)前基于形貌工程的電容式觸覺傳感器及其智能系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)，并對其未來發(fā)展趨勢提供了重要的見解。濟南大學(xué)牛閎森副教授和山東大學(xué)李浩博士為共同第一作者，濟南大學(xué)高嵩教授/岳文靜副教授、山東大學(xué)李陽教授為共同通訊作者。 圖文簡讀 圖1通過VOSviewer對“觸覺傳感器”研究和綜述文章中的關(guān)鍵詞進行文獻計量分析

圖2基于形貌工程的代表性電容式觸覺傳感器的發(fā)展時間表

圖3綜述整體概述

圖4電容式觸覺傳感器的工作原理

圖5單層結(jié)構(gòu)：均勻分布 圖6單層結(jié)構(gòu)：隨機分布 圖7多層結(jié)構(gòu)：互鎖 圖8多層結(jié)構(gòu)：堆疊 圖93D多孔結(jié)構(gòu)

圖10纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖11層次結(jié)構(gòu)

圖12模板轉(zhuǎn)移技術(shù) 圖13模板轉(zhuǎn)移技術(shù)

圖14形貌結(jié)構(gòu)制造技術(shù)

圖15先進傳感陣列系統(tǒng)

圖16先進人機交互系統(tǒng)

圖17先進智能感知系統(tǒng)

總結(jié)與展望

展望未來，盡管基于形貌工程的電容式觸覺傳感器在觸覺感知領(lǐng)域取得了重大進步，但仍然存在巨大的挑戰(zhàn)，特別是在以下方面（圖 18）：

圖18基于形貌工程的電容式觸覺傳感器的前景與挑戰(zhàn)

綜上所述，基于形貌工程的電容式觸覺傳感器目前正處于快速演進階段，其眾多類型的形貌結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅限于觸覺傳感領(lǐng)域，還為光電探測器、超表面、結(jié)構(gòu)濾色器、生物細(xì)胞培養(yǎng)、微流控、超級電容器和太陽能電池等領(lǐng)域提供了新的機遇和前景。此外，隨著智能化進程的不斷發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)的突破，基于形貌工程的電容式觸覺傳感器及其先進的智能系統(tǒng)將迎來新一輪的技術(shù)變革，為下一階段的人工智能飛躍奠定基礎(chǔ)。 文獻鏈接： Morphological-engineering-based capacitive tactile sensors

審核編輯 黃宇