Flexible Thermal Perception Electronic Skin for Matter, Temperature, and Wind Detection

热的 感知 温度测量 计算机科学 电气工程 光电子学 材料科学 电子工程 物理 工程类 气象学 心理学 量子力学 神经科学
作者
Feiyun Wang,Ke Xiao,Wei Xu
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (9): 13885-13891 被引量:2
标识
DOI:10.1109/jsen.2024.3381972
摘要

This research presents an innovative multifunctional electronic skin (e-skin) that utilizes a 3x3 array of thermal sensing units, which are engineered to replicate various sensory functions of human skin, including the detection of temperature, matter, and wind. The core of the e-skin consists of copper (Cu) hot film elements, which is deposited on a flexible polyimide (PI) substrate and patterned into fingerprint-like structures. These Cu hot film elements are electrically heated to human body temperature and dynamically adjust their power based on the thermal conductivity of contacted materials, thus enabling matter recognition. Additionally, Cu cold films are used to sense ambient temperature. Wind sensing is achieved by monitoring power variation caused by convective heat transfer between different Cu hot films. Fabricated using an in-house MEMS process, this e-skin accurately distinguishes various materials (including air, polyimide, stainless steel, and iron) and exhibits outstanding sensitivity for temperature measurement, with an ambient temperature measurement error of <0.7 K and power variation of <6.7% during coupling tests. Furthermore, leveraging its array structure, the e-skin is also capable of determining the object shape and wind direction by detecting output variations across different sensing units. In short, this multi-modal e-skin will be a promising sensing system that can mimic human activities to enhance the thermal perception capabilities of robotics.
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