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IEEE TIM北航單光存等工作：基于鐵基非晶薄帶的仿生觸須傳感器
發(fā)布日期：2025-03-18 瀏覽次數(shù)：2797
近日，北京航空航天大學(xué)/香港城市大學(xué)單光存教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西南交通大學(xué)李鑫博士團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了一種基于鐵基非晶薄帶的仿生觸須傳感器，基于鐵基非晶薄帶的應(yīng)力阻抗效應(yīng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的微弱力信號檢測能力，甚至能夠感知到1µL水滴的重力以及氣流信號。相關(guān)研究成果以“Bioinspired Cilia Tactile Sensor Based on Soft Magnetic Amorphous Ribbon”為題在IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement上發(fā)表。
鐵基非晶薄帶不僅具有優(yōu)異的軟磁性能（易被磁化），還具備出色的機(jī)械柔韌性。隨著電子皮膚的蓬勃發(fā)展，仿生觸須傳感器因其卓越的切向力檢測能力而備受關(guān)注。然而，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的高靈敏度仿生觸須傳感器仍面臨挑戰(zhàn)。在此項(xiàng)工作中，研究人員將鐵基非晶薄帶同時(shí)用作人工纖毛和磁測量單元的磁芯，基于其應(yīng)力阻抗效應(yīng)實(shí)現(xiàn)“力-磁-電”的高效轉(zhuǎn)換。
觸須傳感器實(shí)現(xiàn)外加機(jī)械刺激到電信號映射的基本原理為：在交流電的激勵(lì)下，鐵基非晶薄帶受到外力作用產(chǎn)生彎曲形變；產(chǎn)生的應(yīng)力將改變材料內(nèi)部磁疇結(jié)構(gòu)，從而改變材料有效磁導(dǎo)率，使得交流阻抗產(chǎn)生變化。該觸須傳感器高度集成，無需永磁體作為磁場源。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該觸須傳感器能夠檢測低至1μL水滴重力（約10 μN、3.3 Pa）；經(jīng)2000次循環(huán)彎曲測試，信號穩(wěn)定性無顯著衰減；成功捕捉人體呼吸氣流信號。值得一提的是，該傳感器研究是在團(tuán)隊(duì)前期基于材料基因工程理念使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的設(shè)計(jì)開發(fā)的鐵基非晶合金材料的基礎(chǔ)上開發(fā)得到（Xin Li, et al. Applied Materials Today 2023, 35, 101977）。這項(xiàng)研究為磁性非晶合金的傳感器應(yīng)用、仿生傳感器研究提供了新思路。
鐵基非晶薄帶不僅具有優(yōu)異的軟磁性能（易被磁化），還具備出色的機(jī)械柔韌性。隨著電子皮膚的蓬勃發(fā)展，仿生觸須傳感器因其卓越的切向力檢測能力而備受關(guān)注。然而，開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的高靈敏度仿生觸須傳感器仍面臨挑戰(zhàn)。在此項(xiàng)工作中，研究人員將鐵基非晶薄帶同時(shí)用作人工纖毛和磁測量單元的磁芯，基于其應(yīng)力阻抗效應(yīng)實(shí)現(xiàn)“力-磁-電”的高效轉(zhuǎn)換。
觸須傳感器實(shí)現(xiàn)外加機(jī)械刺激到電信號映射的基本原理為：在交流電的激勵(lì)下，鐵基非晶薄帶受到外力作用產(chǎn)生彎曲形變；產(chǎn)生的應(yīng)力將改變材料內(nèi)部磁疇結(jié)構(gòu)，從而改變材料有效磁導(dǎo)率，使得交流阻抗產(chǎn)生變化。該觸須傳感器高度集成，無需永磁體作為磁場源。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該觸須傳感器能夠檢測低至1μL水滴重力（約10 μN、3.3 Pa）；經(jīng)2000次循環(huán)彎曲測試，信號穩(wěn)定性無顯著衰減；成功捕捉人體呼吸氣流信號。值得一提的是，該傳感器研究是在團(tuán)隊(duì)前期基于材料基因工程理念使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的設(shè)計(jì)開發(fā)的鐵基非晶合金材料的基礎(chǔ)上開發(fā)得到（Xin Li, et al. Applied Materials Today 2023, 35, 101977）。這項(xiàng)研究為磁性非晶合金的傳感器應(yīng)用、仿生傳感器研究提供了新思路。
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