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文章导读

2024年5月，清华大学精密测量技术与仪器国家重点实验室的叶雄英教授课题组在《Advanced Materials Technologies》发文，提出制作简单、高鲁棒性的柔性驻极体触感传感器，气密和抗电磁干扰封装使其胜任恶劣环境，结合柔性机器手，搭建了模拟酿酒师精巧触觉的系统，实现了恶劣环境下不同组分酒糟的识别鉴定。

文章概述

静触觉系统通过皮肤获取外部信息，如压力、温度、疼痛和物体特征等，是人类最广泛的感官系统。触觉在医疗诊断、工业制造、农业生产等方面发挥着重要作用。糊状物例如酒糟，是食品工业中的关键原材料，其评估通常基于触觉感知，依赖专家的经验。因此，发展基于触觉感知的糊状物料自动识别系统可以促进智能化食品生产。鉴于触觉感知的重要性，模拟人类触觉的柔性触觉传感器引起了广泛关注，出现了不同工作模式的柔性触觉传感器。这其中，柔性摩擦电触觉传感器因其高输出、高灵敏度、易制造、自驱动特性和低成本等优势而备受关注。

大多数食品生产在潮湿及复杂气氛的环境中进行，这会影响摩擦电传感器的输出和寿命，因此在恶劣环境中确保传感器的密封性至关重要。常见的封装方法主要依赖于封装材料的疏水性，并需要相对较厚的封装层，从而降低了传感器的灵活性，并且它们在潮湿和复杂气氛中的长期稳定性尚未得到验证。另外，摩擦电传感器往往需摩擦电荷达到饱和才能稳定工作。通过电晕放电对驻极体进行预充电可以避免此问题，但是该充电方法较复杂，并且在传感器组装封装和长期工作期间可能会发生电荷损失。

研究组提出了一种新型柔性驻极体触觉传感器，特别适用于在恶劣环境下进行精细感知。传感器由一对电极、预充电驻极体和微结构支撑层组成，并由聚丙烯/铝/聚对二甲苯薄膜进行气密封装。封装层有优异的柔韧性和气密性，同时作为抗电磁干扰的保护屏障。封装后，通过在电极对之间施加高电压触发微放电对传感器中的驻极体进行充电，封装后的充电避免了制造过程中电荷损失，并允许重新充电以延长传感器的寿命。该传感器展示了良好的线性度和分段灵敏度。传感器结合柔性机器手，成功搭建了酒糟识别系统。基于传感器的高灵敏度和在恶劣环境中的稳定性，模拟白酒酿造师傅的酒糟评估过程，结合机器学习，该系统实现了高精度的酒糟识别。该系统在酿酒厂生产线中酒糟的高湿度和酒精环境下实现了长期稳定工作，展现了该传感器在恶劣环境中的应用潜力。

该成果以《Robust flexible electret tactile sensor for identification on mushy material in harsh environment》为题发表在《Advanced Materials Technologies》上。清华大学精密仪器系博士研究生许佳妮为本文的第一作者。曹泽元博士，叶雄英教授为本文共同通讯作者。

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https://doi.org/10.1002/admt.202400215