DOI: 10.3390/nano11051320

近几十年来，触觉传感器被广泛应用于机器人工业中，以更好地测量外部刺激产生的力或压力。压电式压力传感器是触觉传感领域的一个重要研究方向。然而，压电式压力传感器制备成本高且基材昂贵。所以，当务之急是要找到对应的替代材料并证实其适用性，最近，研究人员在非压电聚合物如聚d，l-乳酸（PDLLA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯中发现了一种与压电效应相似的效应。在本文中，研究者使用廉价的无规立构聚苯乙烯（aPS）作为基础聚合物，通过静电纺丝法制备了功能性纤维，并利用场发射扫描电子显微镜研究了纤维的形态，提出了一种独特的压力传感器制备方法。将所制备的压力传感器置于不同压力下进行试验，分析了该传感器的电性能和力学性能。在外加压力为19.9kPa时产生了3.1V的开路电压，随后测量了积分输出电荷（ΔQ），以计算出平均表观压电常数dapp，该值为12.9±1.8pC/N。最后，将所制备的压力传感器连接到一个商用机械臂上以模拟触觉传感。

图1.（a）机器人触觉示意图。（b）无规聚苯乙烯链。（c）静电纺丝装置。（d）纳米纤维的SEM图像。触觉传感器原理图：（e）中性，（f）压紧，（g）松开。

图2.（a）收集器片材和（b）研发的压力传感器的示意图。传感器的照片：（c）侧视图和（d）顶视图。

图3.aPS纤维毡的FESEM图像：（a）俯视图和（b）横截面图。（a）中的插图显示了纤维毡放大的FESEM图像以及俯视图。

图4.传感器电输出定量测试方法的示意图：（a）初始状态和（b）加载状态。

图5.（a，b）传感器处于（a）加载和（b）释放状态下的Voc（t）。（c）在不同施加压力下的最大/最小Voc（t）。（d，e）传感器处于（d）加载和（e）释放状态下的Isc（t）。（f）不同施加压力下的最大/最小Isc（t）。

图6.（a）不同施加压力下的ΔQ。（b）不同施加压力下的dapp。

图7.（a）对传感器施加不同大小的压力时该传感器的高度。（b）传感器的应力-应变图。

图8.（a）安装在机械臂上的压力传感器；机械臂（b）抓住和（c）放开的机理。

图9.机械臂抓住以及放开重物时，其开路电压随时间的变化。