维斯研究所的研究工程师、论文的合著者之一DanielVogt称:“当我们在传感器的一端拉拽传感器,施加张力时,硅胶层会变薄,导电织物层会靠的更近,这样就以一种与施加的张力成比例的方式,改变了传感器的电容。所以,我们能够测量到传感器的形状改变了多少。”
这种混合传感器的优越性能来源于它的新型制造工艺。通过这种制造工艺,织物通过另外一层的液态硅胶,连接于硅胶核心的两端。这种方法让硅胶可以填满织物中的空气间隙,机械地将它锁在硅胶上,从而增加了用来分散张力和存储电容的表面区域。
这种硅胶与织物的混合物,通过充分利用这两种材料的特性,提高了对于运动的灵敏度。在拉升时,这种强韧、连锁的织物纤维能够帮助硅胶限制其形变的程度;而当拉力撤销时,硅胶则可以帮助织物恢复其原有的形状。最后,柔软的细线通过热封胶带,永远连接着这种导电织物,让来自传感器的电气信息无需又硬又笨重的接口,就可以传输到电路上。
实验:团队通过进行张力实验,评估了他们设计的这种新型传感器。在实验中,当传感器被机电测试装置拉伸时,研究人员进行了各种测量。一般来说,当弹性材料被拉伸的时候,其长度增加,而厚度和宽度减少,所以材料的总面积不变,也就是它的电容保持不变。出人意料的是,研究人员发现传感器受到拉伸时,导电面积增加,电容从而比期望的更大。论文的首作者、维斯研究所的博士后研究员AsliAtalay称:“基于硅胶的电容传感器由于材料的天然特性,其灵敏度有限。然而,将硅胶嵌入到导电织物中后,创造出一个基质,它能够防止硅胶横向地缩小,这样就将灵敏度提高到我们测试的裸露硅胶之上。”
这种混合物传感器能够在张力应用30毫秒之内和物理改变小于半毫米的情况下,测量出电容的增加,有效地捕捉到人体运动。为了在现实世界中测试这项能力,研究人员将它们整合到一个手套中,实时测量比较精细的手部和手指运动。当手指移动的时候,传感器可以成功地检测出电容的变化,指示出它们的相对位置随着时间的变化。