維斯研究所的研究工程師、論文的合著者之一DanielVogt稱:“當我們在傳感器的一端拉拽傳感器,施加張力時,硅膠層會變薄,導電織物層會靠的更近,這樣就以一種與施加的張力成比例的方式,改變了傳感器的電容。所以,我們能夠測量到傳感器的形狀改變了多少。”
這種混合傳感器的優越性能來源于它的新型制造工藝。通過這種制造工藝,織物通過另外一層的液態硅膠,連接于硅膠核心的兩端。這種方法讓硅膠可以填滿織物中的空氣間隙,機械地將它鎖在硅膠上,從而增加了用來分散張力和存儲電容的表面區域。
這種硅膠與織物的混合物,通過充分利用這兩種材料的特性,提高了對于運動的靈敏度。在拉升時,這種強韌、連鎖的織物纖維能夠幫助硅膠限制其形變的程度;而當拉力撤銷時,硅膠則可以幫助織物恢復其原有的形狀。最后,柔軟的細線通過熱封膠帶,永遠連接著這種導電織物,讓來自傳感器的電氣信息無需又硬又笨重的接口,就可以傳輸到電路上。
實驗:團隊通過進行張力實驗,評估了他們設計的這種新型傳感器。在實驗中,當傳感器被機電測試裝置拉伸時,研究人員進行了各種測量。一般來說,當彈性材料被拉伸的時候,其長度增加,而厚度和寬度減少,所以材料的總面積不變,也就是它的電容保持不變。出人意料的是,研究人員發現傳感器受到拉伸時,導電面積增加,電容從而比期望的更大。論文的首作者、維斯研究所的博士后研究員AsliAtalay稱:“基于硅膠的電容傳感器由于材料的天然特性,其靈敏度有限。然而,將硅膠嵌入到導電織物中后,創造出一個基質,它能夠防止硅膠橫向地縮小,這樣就將靈敏度提高到我們測試的裸露硅膠之上。”
這種混合物傳感器能夠在張力應用30毫秒之內和物理改變小于半毫米的情況下,測量出電容的增加,有效地捕捉到人體運動。為了在現實世界中測試這項能力,研究人員將它們整合到一個手套中,實時測量比較精細的手部和手指運動。當手指移動的時候,傳感器可以成功地檢測出電容的變化,指示出它們的相對位置隨著時間的變化。