【摘 要】
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目前，基于多功能传感阵列的电子皮肤，可以利用灵敏度较高的材料、设计复杂的器件结构和集成多种不同功能类别的传感器来检测不同类别的外界刺激。然而，这种传统式的多功能传感矩
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目前，基于多功能传感阵列的电子皮肤，可以利用灵敏度较高的材料、设计复杂的器件结构和集成多种不同功能类别的传感器来检测不同类别的外界刺激。然而，这种传统式的多功能传感矩阵仍然很难分辨出在同一感应位置的多级复杂的机械刺激，这对于智能机器人的精细运动和人机交互的信号反馈很重要。因此，本文提出了一个透明的柔性自驱动的多级传感矩阵，该传感矩阵是基于压电纳米发电机传感单元，上下电极交叉放置的结构而构建得到。传感矩阵中的每个传感单元都是由上下两层石墨烯电极中间夹一层压电聚合物薄膜组成，其中上电极叠压到压电聚合物层的上表面。这一简单的叠层结构设计可以实现在原位的多级传感，包括拉伸应变或者压缩应变、电极分离、电极接触和应变恢复。 此外，该传感器可以感知外界压力，但是只有在高压力下基底才会发生形变并产生电压输出，本实验通过将PDMS衬底进行微结构加工，极大地提高了压力传感的灵敏度，并降低了检测的压力最小范围至1kPa以下（低压力范围）。同时，经过微结构加工后的传感矩阵仍然可以实现原位的多级传感，而不会影响对外界复杂的多级传感的感知。最后，自驱动多级传感矩阵可以应用于压力分布、应变分布和接触面积的2D彩色影像图绘制，通过相应的压力、应变和电极分离面积等传感信号，均可以绘制出明显的2D分布图，从图中就可以得出外界压力的大小和位置，以及施加的应变大小和电极接触分离面积分布。在压缩应变/拉伸应变、电极分离、电极接触和应变恢复多种动作组合过程中，各自的传感信号是相对独立的，通过定义四组基本动作组合，并将正向电压和负向电压根据二进制系统分别定义为“1”和“0”，任意一组复杂动作的传感信号都可以根据定义进行编码，并且推断出复杂的动作组合。 本文提出的自驱动多级传感矩阵可被作为一个自主的无形的感官系统普遍应用到检测局部的人体复杂的运动，这对实现运动监测、人机交互、智能机器人和电子皮肤等方面意义重大。
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