一. 研究介绍
近日,四川大学机械工程学院的王竹卿教授和吴晓东研究员提出了一种仿生的、离子的和完全被动的机械转导机制,利用微通道对界面离子p-n结(IPNJ)的机械调节实现触觉传感。研究相关成果以“A Biomimetic Passive Mechanotransduction Mechanism Based on Interfacial Regulation of Ionic P-N Junctions”为题,发表在国际知名期刊《ACS Nano》上(1区Top期刊,影响因子15.8),四川大学机械工程学院王竹卿教授和吴晓东研究员为共同通讯作者,2022级硕士研究生张义群同学为第一作者。
二. 研究内容
为了模仿自然皮肤的关键感觉功能,基于各种传感机制,包括电阻式、电容式、压电式、摩擦电式和基于晶体管的机制,人们开发了许多的人工电子传感器。然而,天然的皮肤受体是使用离子而不是电子作为信号载体。为了充分模拟生物的离子传感行为,我们提出了一种新型的仿生、离子和完全被动的机械转导机制,利用微通道对界面离子p-n结(IPNJ)的机械调节来实现触觉感知功能。具体而言,采用具有相反移动离子的p型和n型离子水凝胶来开发IPNJ触觉传感器。实现了具有快速响应/恢复速度、超低功耗、高稳定性、以及良好的静/动态机械刺激检测能力的IPNJ触觉传感器的开发,并且示范了IPNJ触觉传感器在不同水果的高精度表面纹理感知以及日常使用的物体识别和分类等场景中的应用与探索。综上所述,这种离子机械转导机制为构建智能皮肤、人工假肢和智能机器人的仿生触觉系统提供了一种新的设计理念和方法。