青岛大学曲丽君/田明伟团队《CEJ》：可识别物品用于灾难救援的个人防护手套

人手的触觉感知能力是感知不同物体和推断材料性质的独特关键途径，这对于智能个人防护手套来说仍然是一项具有挑战性的任务，特别是在地震、火灾、雪崩或无光夜晚等极端环境下的灾难救援人员具有重要意义。

基于薄膜传感器阵列的智能手套可以精确地记录和分析手部的触觉，但由于佩戴时间长，薄膜手套的舒适性和透气性不能满足要求。青岛大学曲丽君、田明伟团队在前期研究基础上，采用三维双光子飞秒激光直写策略，无缝拼接微小的微图案(400 μm)传感器，制成了一种低成本柔性针织保护性触觉传感手套并深入研究，该保护性触觉感应手套是通过在手套上分布许多微小的触觉传感器来开发的，通过全连接神经网络的人工神经网络机器学习来识别不同的物体，可以在空气，水，低温(- 40◦C)和高温(116 ℃)下工作，保护双手。此外，还演示了可识别不同硬度、不同形状物体的保护性触觉感应手套系统，该手套可用于救援人员在灾害中进行救援。相关工作以“Personal protective gloves with objects recognizing for rescuing in disaster”为题目发表在Chemical Engineering Journal。

【文章要点】

图1 一种基于微球顶和微金字塔触觉传感器的触觉传感手套的演示及传感特性。

通过机器学习实现了基于微结构触觉传感器的触觉手套对不同物体的识别，同时对比了两种不同微结构传感器的传感性能。（图1a-e）。

图2微结构触觉传感器的制备过程展示

微结构触觉传感器主要基于上下两层结构，微结构通过双光子飞秒激光直写技术构筑通过等离子体及磁控溅射等过程制备上下层，通过组装得到性能稳定的传感器。（图2 a-e）。

图3 微结构触觉传感器感应原理和性能分析

微结构传感器触摸感应原理是上下层之间导电层随着压力增大接触变形，产生稳定的相对电阻变化。此外，对比了等多种方法制备微结构传感器的性能稳定性。（图3 d-f）。

图4 微球顶解决传感器传感性能

设计制备了九种不同的传感器对比传感性能。（图4 a-d）。具有快速响应时间和稳定性，也能在高压下实现响应，与其他工作对比在具有小尺寸，高传感范围的优点，同时具有高灵敏性。（图4 e-i）。

图5 基于微结构传感器的触觉传感手套制备

将微结构传感器与手套结合，通过不同分布制备出多种组合，通过抓取学习七种不同物体，机器学习进行识别，得到传感器分布组合最佳的触觉传感手套。（图5 a-f）。

图6 柔性触觉手套的应用

该手套可应用于水下、低温、高温、以及黑暗中用于救援人员在极端环境中的保护及搜救工作。

青岛大学博士生王丽红为第一作者，曲丽君教授、田明伟教授为通讯作者。研究受到国家重点研发计划（2022YFB3805801、2022YFB3805802），泰山学者工程专项经费（tsqn202211116），山东省重大科技创新工程（2019JZZY010335、2019JZZY010340），山东省青创科技创新团队（2020KJA013），国家自然科学基金（22208178），山东省自然科学基金（ZR2020QE074），纺织行业智能纺织服装柔性器件重点实验室开放课题（No. SDHY2223）的共同资助。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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