两栖”传感器使新型防水技术成为可能

研究人员展示了一种可制造在空中和水下均能发挥作用的传感器的技术。这种方法为“两栖”传感器铺平了道路，其应用范围从野生动物监测到生物医学。

新发现集中在应变传感器上，它可以测量变形——这意味着它们可以用来测量物体的拉伸、弯曲和移动方式。

“例如，人们对制造可用于生物医学应用的应变传感器很感兴趣——比如可以用来观察血管和其他生物系统行为的传感器，”该论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士后研究员吴爽说。

“其他可能的应用包括创建可以测量鱼类在水下如何移动、监测野生动物健康状况等的传感器。”

“然而，制造这种可穿戴或可植入的应变传感器的一大挑战是确保传感器能在潮湿环境中工作，”该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系AndrewA.Adams杰出教授YongZhu说。

吴说：“我们这项研究的目标是制造出能够在潮湿环境中长期使用的传感器，同时又不牺牲传感器的性能。”

为了实现这一目标，研究团队首先利用了该团队于2022年底开发的一种灵敏的应变传感器。研究人员随后将传感器夹在两层由高弹性防水聚合物制成的薄膜之间。

这些概念验证测试的视频。

聚合物封装了传感器。由于其独特的界面设计，这可以防止水进入，但不会像大多数其他封装一样限制传感器材料的移动。这赋予了传感器所需的灵敏度和可拉伸性。传感器可以连接到无线传输数据的小芯片上。

“在实验中，我们发现两栖传感器非常灵敏，反应时间很快，”吴说。“我们发现，无论传感器在空气中还是在盐水中浸泡20天后，其性能都是一样的。”

“这些传感器也非常稳定——即使拉伸16,000次后，其性能也没有下降，”朱说。

为了展示两栖传感器的功能，研究人员利用传感器跟踪机器鱼的运动并监测猪心脏的血压。研究人员还制作了一款集成两栖传感器的手套，利用传感器将潜水员的手势转化为水中或水外的人都可以读取的信息。

吴说：“我们的想法是为潜水员创造一种简单的方式，使他们能够与水下的其他潜水员或仍在船上的船员进行有效的沟通。”

朱说：“我们已经为这项技术提交了专利申请，并愿意与行业合作伙伴合作将这些传感器融入到各种应用中。”

这篇题为《封装可拉伸两栖应变传感器》的论文发表在《材料视野》杂志上。该论文由北卡罗来纳州立大学博士后研究员DoyunKim、北卡罗来纳州立大学博士生XiaoqiTang和北卡罗来纳州立大学威尔逊纺织学院教授MartinKing共同撰写。