蘋果 Vision Pro 頭顯新專利獲批，陜西漢中市六維力傳感器研發(fā)取得突破

傳感新品

【魯東大學(xué)：基于溶劑交換策略的抗溶脹凝膠傳感器用于水下通信】

柔性可穿戴傳感器在水下應(yīng)用中具有非凡的意義，如水下運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和海洋危險(xiǎn)求救，其中凝膠可穿戴傳感器的應(yīng)用前景十分廣闊。然而，制備具有優(yōu)異抗溶脹性能和傳感性能的水下凝膠傳感器仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。鑒于此，魯東大學(xué)徐文龍課題組的本科生科研團(tuán)隊(duì)提出了一種溶劑交換策略，誘導(dǎo)凝膠內(nèi)部疏水段在凝膠-水界面聚集，從而阻止水分子的進(jìn)入以得到抗溶脹凝膠。此外，用此方法制備的抗溶脹凝膠在水下表現(xiàn)出靈敏度高、線性度高、響應(yīng)速度快、抗疲勞等良好的傳感特性，可作為水下應(yīng)變傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體各部位在水中的運(yùn)動(dòng)信息。更重要的是，該凝膠應(yīng)變傳感器還被用作觸摸傳感器，作者借助自己設(shè)計(jì)的程序以簡(jiǎn)化信息傳遞方式，保證水下作業(yè)人員的安全，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警求助的功能。此凝膠具有優(yōu)異的抗溶脹和傳感性能，可應(yīng)用于水下通信、海洋監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，為柔性可穿戴水下應(yīng)變傳感器設(shè)計(jì)和開發(fā)提供有益的啟示。

【1. 制備和表征】

圖1. (a)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。(b)凝膠中溶劑交換的示意圖。(c)凝膠在水下通信方面的應(yīng)用。

作者在工作中構(gòu)建了一種由親水單體和疏水單體經(jīng)光引發(fā)自由基聚合制得的凝膠，以期實(shí)現(xiàn)具有優(yōu)異抗溶脹性能的水下通信應(yīng)用。通過親水性單體(AAm)與疏水性單體(BA)共聚制備有機(jī)凝膠，當(dāng)構(gòu)建的有機(jī)凝膠應(yīng)用于水環(huán)境時(shí)，親疏水單體會(huì)受到溶劑極性的影響，從而導(dǎo)致溶劑交換效應(yīng)發(fā)生。這導(dǎo)致凝膠內(nèi)的微相分離和疏水締合形成，從而賦予其獨(dú)特的水下抗溶脹性能和光學(xué)可調(diào)特性。如圖1所示。

【2. 有機(jī)凝膠的性質(zhì)】

圖2. 有機(jī)凝膠的力學(xué)性能表征。(a)應(yīng)變掃描流變圖。(b)角頻率掃描流變圖。(c)有機(jī)凝膠的連續(xù)階躍應(yīng)變掃描流變圖。(d)不同比例單體的拉伸試驗(yàn)。(e)楊氏模量和耗散能的比較。(f)斷裂應(yīng)變和斷裂應(yīng)力的比較。(g)不同單體比的壓縮試驗(yàn)。(h)漸進(jìn)壓縮試驗(yàn)。(i)循環(huán)壓縮試驗(yàn)。

優(yōu)異的機(jī)械性能是凝膠用作可穿戴傳感器件的前提條件，因此，作者對(duì)有機(jī)凝膠的機(jī)械性能進(jìn)行了系統(tǒng)的測(cè)試。通過（a）圖中應(yīng)變掃描流變圖可清晰看出在較寬范圍內(nèi)，凝膠表現(xiàn)出彈性模量大于粘性模量，說明凝膠表現(xiàn)出類固體性質(zhì)；(b)圖的角頻率掃描流變圖，凝膠總是表現(xiàn)出彈性模量大于粘性模量，說明凝膠以彈性為主；(c)圖的連續(xù)階梯應(yīng)變掃描流變圖，通過進(jìn)行五次循環(huán)測(cè)試，凝膠的粘彈性依舊能夠快速恢復(fù)如初，說明凝膠的良好的可逆循環(huán)穩(wěn)定性。緊接著作者對(duì)凝膠進(jìn)行一系列拉伸、壓縮測(cè)試，以及楊氏模量和韌性的轉(zhuǎn)換，斷裂應(yīng)力和斷裂應(yīng)變的比較，結(jié)果表明隨親水單體濃度的增加，凝膠的韌性、強(qiáng)度均增加，這可歸因于親水單體中伯胺N-H鍵在凝膠化過程中形成分子間氫鍵，使得凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度增加，導(dǎo)致力學(xué)性能的增強(qiáng)。

【3. 抗溶脹性能】

圖3. (a)不同單體配比的有機(jī)凝膠在水中浸泡18天后的宏觀狀態(tài)變化。(b)溶劑交換后有機(jī)凝膠的溶脹比。(c)溶劑置換誘導(dǎo)疏水聚集示意圖。(d)凝膠在水中浸泡后的接觸角變化。(e)凝膠浸泡前后的紅外光譜。(f)溶脹時(shí)間-溶脹率與文獻(xiàn)報(bào)道的抗溶脹水凝膠的比較。

抗溶脹性能是凝膠作為傳感器在水下穩(wěn)定應(yīng)用的一個(gè)重要因素。作者通過(a)和(b)兩個(gè)圖，從宏觀和微觀角度說明不同單體比例凝膠的抗溶脹性能優(yōu)劣。而后通過(c)圖進(jìn)一步從機(jī)理角度證明抗溶脹凝膠的動(dòng)態(tài)過程。對(duì)于未浸泡過水的凝膠，界面處疏水官能團(tuán)分布相對(duì)稀疏，浸泡過水后不能及時(shí)有效阻止水分子的進(jìn)入，因此初期會(huì)發(fā)生溶脹。隨后，由于凝膠中疏水段與水分子之間的相互排斥，疏水基團(tuán)通過疏水相互作用聚集在界面處，增強(qiáng)了凝膠的抗溶脹性能。并且通過圖(e)中的紅外測(cè)試，比較浸泡不同時(shí)間的凝膠的1016 cm-1處DMSO中的S=O雙鍵的峰值明顯降低，而3000-3500 cm-1處的峰值強(qiáng)度則不斷增加。這一結(jié)果表明凝膠中的DMSO已經(jīng)被水取代，也證實(shí)了溶劑交換的發(fā)生。此外，與最近報(bào)道的抗溶脹凝膠的溶脹率相比，作者工作中設(shè)計(jì)的抗溶脹凝膠為實(shí)現(xiàn)水下傳感提供了一種新的解決方案(圖3f)。

【4. 光可調(diào)行為和信息加解密】

圖4. (a)宏觀有機(jī)凝膠浸泡在水中和二甲基亞砜中的透明度變化。(b)紫外分光光度計(jì)定量透射率。(c)照片顯示在水和二甲基亞砜中的信息輸入和擦除圖。(d)特殊圖案標(biāo)記。

有機(jī)凝膠在DMSO和水環(huán)境中表現(xiàn)出有趣的溶劑誘導(dǎo)光學(xué)可調(diào)行為。由于水和DMSO溶劑極性不同，凝膠浸泡在水環(huán)境中會(huì)發(fā)生微相分離。這導(dǎo)致了透明度的宏觀變化，從而形成了凝膠的光學(xué)可調(diào)行為。并且(b)圖中測(cè)試了三次凝膠透明度轉(zhuǎn)化重復(fù)實(shí)驗(yàn)，其表現(xiàn)出循環(huán)穩(wěn)定性，這也為凝膠對(duì)特殊信息的讀寫和加密性能奠定了基礎(chǔ)。基于這一特性，作者利用水和DMSO溶劑作為書寫筆，對(duì)特殊符號(hào)“T”進(jìn)行書寫、覆蓋、重寫和擦除，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊信息的讀寫和加密(圖4c)。同時(shí)，圖4d顯示了不同模式的書寫，以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的信息記錄。綜上，凝膠具有出色的讀寫和光學(xué)可調(diào)功能，用于信息的加密和解密。

【5. 水下電化學(xué)傳感器的應(yīng)用】

圖5. 凝膠的水下傳感特性。(a)凝膠壓縮過程中GF的變化。(b)不同應(yīng)變下壓縮相對(duì)阻力變化。(c)不同速度下的壓縮相對(duì)阻力變化。(d)凝膠壓縮過程的響應(yīng)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間。(e)應(yīng)變?cè)龃筮^程具有保持狀態(tài)的相對(duì)阻力變化。(f)在50%應(yīng)變下壓縮1000次時(shí)的相對(duì)阻力變化。(g)凝膠傳感器在水中浸泡18天和3個(gè)月的相對(duì)阻力變化。

基于前面所述的凝膠具有優(yōu)異抗溶脹性能，良好的力學(xué)性能，作者接下來進(jìn)行了水下壓縮傳感測(cè)試。由于所添加的鋰皂石本身帶有負(fù)電荷，其可以與聚合物鏈形成靜電相互作用，并且可為凝膠內(nèi)部離子運(yùn)輸提供遷移通道，使得凝膠具有良好的傳感性能。該凝膠傳感器表現(xiàn)出的高靈敏度、寬線性范圍、可逆恢復(fù)性能以及快速響應(yīng)性，這也是凝膠作為水下可穿戴傳感器的基礎(chǔ)。而后進(jìn)行水下1000次的壓縮循環(huán)測(cè)試說明凝膠傳感器的抗疲勞性能。接下來考察了凝膠傳感器水下的使用壽命，結(jié)果也是令人意外的，在水下浸泡三個(gè)月后，依舊具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和可逆性。以上結(jié)果均可表明該凝膠傳感器的快速響應(yīng)性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及抗疲勞性，其可在水下傳感應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行廣泛使用。

傳感動(dòng)態(tài)

【陜西漢中市六維力傳感器研發(fā)取得突破】

3月22日，記者從中航電測(cè)儀器股份有限公司了解到，該公司通過解耦提高傳感器串?dāng)_精度并且建立國際先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng)，在六維力傳感器研發(fā)中取得突破性進(jìn)展，產(chǎn)品計(jì)劃于今年3月底上市。

六維力傳感器是一種高精度的傳感器，能夠同時(shí)測(cè)量三維空間中的力和力矩，即六個(gè)自由度的力和力矩信息。這種傳感器在機(jī)器人控制、力學(xué)實(shí)驗(yàn)、科研、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。2021年，國家《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出要研制三維視覺傳感器、六維力傳感器和關(guān)節(jié)力矩傳感器等力覺傳感器。

2022年底，中航電測(cè)漢中分公司抽調(diào)技術(shù)骨干，由中航電測(cè)一級(jí)專家牽頭組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開始研究六維力傳感器。期間，項(xiàng)目組攻克了多項(xiàng)難題，先后解決了傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、關(guān)鍵制作工藝、解耦技術(shù)、高頻數(shù)字采樣及處理技術(shù)和標(biāo)定測(cè)試技術(shù)，同時(shí)還同國家級(jí)計(jì)量研究所合作共同開發(fā)了六維力傳感器聯(lián)合加載測(cè)試設(shè)備，創(chuàng)建了國家級(jí)計(jì)量基準(zhǔn)，為六維力傳感器研發(fā)生產(chǎn)及標(biāo)定測(cè)試提供堅(jiān)強(qiáng)的保障。

近年來，作為國內(nèi)傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，中航電測(cè)不斷提高企業(yè)創(chuàng)新能力，打造傳感器智能工廠，爭(zhēng)做世界一流的智能測(cè)控產(chǎn)品解決方案供應(yīng)商。同時(shí)，我市通過龍頭企業(yè)帶動(dòng)，正不斷延伸上下游產(chǎn)業(yè)鏈條，實(shí)現(xiàn)電子信息產(chǎn)業(yè)的集群發(fā)展，已成為全省三大傳感器制造基地之一。

【蘋果 Vision Pro 頭顯新專利獲批：Light Seal內(nèi)嵌觸控傳感器】

3 月26 日消息，根據(jù)美國商標(biāo)和專利局（USPTO）近日公示的清單，蘋果公司獲得了一項(xiàng)關(guān)于 Vision Pro 頭顯的技術(shù)專利，暗示蘋果計(jì)劃未來在 Light Seal 中嵌入觸控傳感器，從而為佩戴者提供更豐富的交互體驗(yàn)。

蘋果現(xiàn)有 Light Seal 由柔軟的紡織品制成，有各種形狀和尺寸，可彎曲以貼合用戶的臉部，該配件有助于阻擋外部光線，增強(qiáng)頭顯的沉浸式體驗(yàn)。

I蘋果公司此前的專利中，就考慮在 Light Seal 中嵌入各種傳感器，測(cè)量佩戴者體溫、汗液、心率、心臟電信號(hào)（如心電圖、心電圖等）、額葉活動(dòng)等指標(biāo)，從而進(jìn)一步分析佩戴者的反應(yīng)或者參與度。

而在最新專利中，蘋果構(gòu)想將 Light Seal 設(shè)計(jì)成超大觸控交互區(qū)域，在專利的一個(gè)示例中改用導(dǎo)電織物，內(nèi)置傳感器能夠識(shí)別佩戴者的交互手勢(shì)。

【傳感器分類及20種常見傳感器】

傳感器的分類：

常用傳感器的分類

1. 按被測(cè)物理量分類 機(jī)械量: 長(zhǎng)度、厚度、位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)數(shù)、質(zhì)

量，重量、力、壓力、力矩；聲: 溫度: 聲壓、噪聲；磁: 磁通、磁場(chǎng)；亮度、色彩。溫度、熱量、比熱；光：

2. 按工作的物理基礎(chǔ)分類: 機(jī)械式，電氣式，光學(xué)式，流體式等。

以下是20種常見的傳感器，它們?cè)谖覀兊娜粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用：

溫度傳感器（Temperature Sensor）：

用于測(cè)量溫度，如恒溫器和溫度計(jì)。

濕度傳感器（Humidity Sensor）：

用于測(cè)量空氣濕度，常用于氣象站和空調(diào)系統(tǒng)。

光敏傳感器（Light Sensor）：

檢測(cè)光線強(qiáng)度，如用于自動(dòng)照明系統(tǒng)。

聲音傳感器（Sound Sensor）：

用于檢測(cè)聲音強(qiáng)度，常見于音頻設(shè)備和安全系統(tǒng)。

壓力傳感器（Pressure Sensor）：

測(cè)量液體或氣體壓力，應(yīng)用于汽車制造和氣象學(xué)。

位移傳感器（Position Sensor）：

用于測(cè)量物體的位移或位置，如在機(jī)械臂和汽車中的應(yīng)用。

加速度傳感器（Accelerometer）：

測(cè)量加速度，廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)和運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備。

磁感應(yīng)傳感器（Magnetic Sensor）：

檢測(cè)磁場(chǎng)，如用于指南針和磁力計(jì)。

接近傳感器（Proximity Sensor）：

檢測(cè)物體的接近，常用于觸摸屏和自動(dòng)開關(guān)燈。

電容傳感器（Capacitive Sensor）：

測(cè)量電容變化，例如在觸摸屏上使用。

氣體傳感器（Gas Sensor）：

用于檢測(cè)特定氣體，如一氧化碳和二氧化碳傳感器。

顏色傳感器（Color Sensor）：

檢測(cè)物體的顏色，廣泛用于印刷和包裝行業(yè)。

生物傳感器（Biological Sensor）：

用于監(jiān)測(cè)生物學(xué)參數(shù)，如心率和血糖水平。

速度傳感器（Speed Sensor）：

測(cè)量物體的速度，應(yīng)用于車輛的速度計(jì)和測(cè)速攝像機(jī)。

重量傳感器（Weight Sensor）：

測(cè)量物體的重量，如用于稱重和負(fù)載控制。

紅外傳感器（Infrared Sensor）：

檢測(cè)紅外輻射，如用于紅外遙控器和人體檢測(cè)。

壓敏傳感器（Pressure-sensitive Sensor）：

基于物體施加的壓力來檢測(cè)接觸，如觸摸屏。

射頻識(shí)別（RFID）傳感器：

用于標(biāo)識(shí)和跟蹤物體，如在物流和庫存管理中使用。

光電傳感器（Photodetector）：

檢測(cè)光信號(hào)，廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)和掃描儀。

位角傳感器（Angular Position Sensor）：

測(cè)量物體的角度或方向，如用于航空導(dǎo)航和機(jī)器人技術(shù)。

這些傳感器形成了我們現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)，廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)和領(lǐng)域，提高了生活質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全性。

審核編輯 黃宇