研究人員利用一種對(duì)電場(chǎng)敏感的3D打印材料制造出了一種新型傳感器，它能準(zhǔn)確識(shí)別和分辨10厘米（約4英寸）外的物體，而無需用手觸摸。這種非接觸式觸摸傳感器可將類人機(jī)器人的靈敏度提升到一個(gè)新的水平。

過去幾年來，在生產(chǎn)可彎曲、扭曲和折疊的電子產(chǎn)品方面取得了重大進(jìn)展，從而產(chǎn)生了各種功能性可穿戴設(shè)備。可以理解的是，將下一代觸摸傳感器集成到電子人體皮膚中已成為一個(gè)重要的考慮因素，并有可能應(yīng)用于機(jī)器人、健康和科技領(lǐng)域。

集成了非接觸式傳感技術(shù)的電子皮膚可以讓許多人受益。例如，能夠揮動(dòng)手指或做出手勢(shì)來啟動(dòng)軟件將非常方便--尤其是對(duì)于那些無法手持設(shè)備的人來說。此外，視覺障礙者也可以安全地繞過障礙物。當(dāng)然，這種功能可以擴(kuò)展到任何連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的設(shè)備。

目前的大多數(shù)觸摸傳感器都依賴于直接觸摸物體，從而在傳感器中產(chǎn)生可測(cè)量的物理變形和相應(yīng)的力。然而，根據(jù)青島大學(xué)研究人員的一項(xiàng)新研究，我們可能離非接觸式傳感更近了一步。他們開發(fā)出了一種靈敏度的觸摸傳感器，無需直接接觸被檢測(cè)物體即可工作。

該研究的通訊作者之一李新林說："為了實(shí)現(xiàn)更高的靈敏度和多功能性，我們開發(fā)出了新型復(fù)合薄膜，它具有令人驚訝且非常有用的電學(xué)特性。"

為了制作復(fù)合薄膜，研究人員將少量氮化石墨碳（GCN）與聚二甲基硅氧烷（PDMS）3D打印成網(wǎng)格狀。令人驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)將這兩種具有高介電常數(shù)（衡量在電場(chǎng)中存儲(chǔ)電能的能力）的材料結(jié)合在一起后，材料的介電常數(shù)很低，因此傳感器對(duì)電場(chǎng)更加敏感。

(a) 手指接近傳感器的示意圖；(b) 手指與傳感器之間的距離在 0 至 150 毫米之間時(shí)，電容變化與距離之間的關(guān)系

研究人員用自己的手指作為被檢測(cè)物體對(duì)網(wǎng)格的功能進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格能感應(yīng)到0.5至10厘米（0.2至3.9英寸）遠(yuǎn)的手指，而且無需實(shí)際觸摸，就能清晰地將手指識(shí)別為三維物體。在圓桌和三棱鏡上進(jìn)行測(cè)試后，傳感器可以準(zhǔn)確識(shí)別和區(qū)分不同的形狀和動(dòng)作。

李說："在靈敏度、響應(yīng)速度和多次使用后的穩(wěn)定性方面，性能都非常出色。這為可穿戴設(shè)備和電子皮膚領(lǐng)域帶來了新的可能性。"

在傳感器取得成功性能之后，研究人員將其集成到一塊印刷電路板上，創(chuàng)建了一個(gè)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控人體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一系統(tǒng)。包含新型傳感器的電子皮膚貼在手腕上，確保與專門用于捕捉物體三維形狀的設(shè)備持續(xù)連接，并利用 4G 技術(shù)將物體的三維形狀實(shí)時(shí)無線傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)、智能手表和電腦上。

研究人員計(jì)劃改進(jìn)傳感技術(shù)，以便大規(guī)模生產(chǎn)。他們還將探索檢測(cè)形狀和運(yùn)動(dòng)以外的可能性。

來源：傳感器專家網(wǎng)