Highly Stretchable and Sensitive Strain Sensor Based on Porous Materials and Rhombic‐Mesh Structures for Robot Teleoperation

遥操作 材料科学 灵敏度(控制系统) 标度系数 复合材料 可穿戴计算机 机器人 应变计 模拟 计算机科学 工程类 人工智能 嵌入式系统 电子工程 病理 制作 替代医学 医学
作者
Zhiqiu Ye,Gaoyang Pang,Yihao Liang,Honghao Lv,Kaichen Xu,Haiteng Wu,Geng Yang
标识
DOI:10.1002/adsr.202300044
摘要

Abstract Wearable sensors for human motion capture offer a promising human–robot interface to control robots in the teleoperation scenario, where robots could function as the second body of human operators to fulfill tasks remotely and accurately. In this paper, a novel strain sensor based on a soft polyurethane (PU) sponge and carbon nanotubes (CNT) is designed for motion capture of human joints. The unique 3D porous microstructure of the PU‐CNT sponge provides the sensor with high sensitivity. To bridge the gap between the high sensitivity and high stretchability of the strain sensor, a rhombic‐mesh structure with optimized geometric parameters, in conjunction with a pre‐compression design, is proposed for strain sensor prototyping, which endows the sensor with an extra elongation rate during the stretching process. The proposed PU‐CNT strain sensor manifests promising sensing performance with a stretchability of up to 300% and a maximum gauge factor of 3893, together with long‐term durability, low detection limit, and fast response capacity. Finally, the validation of the strain sensor is carried out by deploying the sensor on a human elbow to realize the teleoperation of a robot arm, which could be monitored through the digital twin model of the robot in a real‐time manner.

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