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  生活中的微振動(dòng)無(wú)處不在，如聲音和環(huán)境噪音，是最常見的機(jī)械波/能量形式。這些機(jī)械振動(dòng)可以傳遞能量并傳播各種信號(hào)，能夠廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)，例如機(jī)器人、健康管理設(shè)備和人機(jī)交互。然而，極小的壓力、復(fù)雜的振動(dòng)波形和高噪聲敏感性使檢測(cè)細(xì)微的振動(dòng)極具挑戰(zhàn)性。因此，柔性電子設(shè)備必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)超高靈敏度、極低的檢測(cè)限和出色的頻率分辨率來(lái)研究細(xì)微振動(dòng)中的信息。

  近日，東南大學(xué)化工學(xué)院、東南大學(xué)無(wú)錫校區(qū)張久洋教授報(bào)道了一種超高靈敏度、超低檢測(cè)限、精確頻率識(shí)別的低成本柔性電子器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)極細(xì)振動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。這種柔性電子器件的各向異性導(dǎo)電性來(lái)自于兩相金屬和絕緣氧化物顆粒結(jié)構(gòu)帶來(lái)的局部導(dǎo)電性，而高靈敏性來(lái)源于敏感的導(dǎo)電連接。這種導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)對(duì)外力十分敏感，可以記錄和處理包括聲振動(dòng)在內(nèi)的各種復(fù)雜信號(hào)�；谇擅畹母飨虍愋栽O(shè)計(jì)，本研究成功實(shí)現(xiàn)了超高靈敏度、超低檢測(cè)限、精確頻率識(shí)別的低成本柔性電子器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)微振動(dòng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。這項(xiàng)研究為超靈敏柔性電子器件的設(shè)計(jì)打開了新思路，推動(dòng)了聲學(xué)工程、醫(yī)療保健監(jiān)測(cè)、可穿戴電子和智能機(jī)器人領(lǐng)域的發(fā)展。

圖1. 各向異性導(dǎo)電凝膠的結(jié)構(gòu)和超靈敏性能

圖2. ACG的微振動(dòng)檢測(cè)和機(jī)理

圖3. ACG用于聲音檢測(cè)與機(jī)器人增強(qiáng)感知

  ACG具有超高靈敏度、極低檢測(cè)下限和精確的頻率識(shí)別，有望實(shí)現(xiàn)空氣振動(dòng)的識(shí)別和高精度分析。聲學(xué)振動(dòng)，如聲音，是最常見的空氣振動(dòng)。然而，來(lái)自聲信號(hào)的空氣振動(dòng)極低且在空氣-物體界面處迅速而強(qiáng)烈地衰減。因此，目前大多數(shù)電子軟傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)聲信號(hào)的非接觸式檢測(cè)。而ACG可以檢測(cè)空氣中的聲音信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)（圖3a和3b）。ACG表現(xiàn)出媲美iPhone錄音機(jī)的聲音記錄性能（圖3d）和良好的頻率識(shí)別能力（圖3e和3f）。

  除了聲場(chǎng)中的感知能力外，ACG還可以通過檢測(cè)微小振動(dòng)來(lái)增強(qiáng)智能機(jī)器人的環(huán)境感知能力。圖3g-3h顯示了將ACG單元集成到機(jī)器人控制面板中的實(shí)驗(yàn)裝置。當(dāng)有輕質(zhì)物體掉落、輕柔觸摸機(jī)器人或有小車駛過時(shí)，ACG的電阻都會(huì)發(fā)生明顯的變化，表明機(jī)器人優(yōu)異的環(huán)境感知能力（圖3i-3k）。此外，ACG還可以監(jiān)控機(jī)器人的自身的動(dòng)作，例如頭部的搖晃，證明了ACG的內(nèi)在監(jiān)測(cè)能力。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305707