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Multifunctional Hydrogel Sensor with Curved Macro Cracks: A Strategy for High Sensitivity and Wide Detection Range

材料科学 自愈水凝胶 弯曲 复合材料 灵敏度(控制系统) 极限抗拉强度 韧性 断裂(地质) 压缩(物理) 软机器人 触觉传感器 结构工程 声学 执行机构 计算机科学 机器人 电子工程 物理 工程类 人工智能 高分子化学
作者
Y.S.H. Guo,Haoyu Guo,Yuwei Han,Xi Chen,Jinyuan Liu,Meng Yang,Tongqing Lu,Junrong Luo,Ran Tao,Qingsheng Yang,Kun Jia
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (47) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adfm.202306820
摘要

Abstract Multi‐sensing in simple devices, but with a high sensitivity and a large detection range, is desirable for soft machines. Stretchable sensors based on the resistance changes of bulk ionic hydrogels are inherently limited by the single function and low sensitivity at small deformations. Here, a design enabled by a highly cracked hydrogel (HCHG) that is hypersensitive to tensile strain, bending, and tactile force in a wide range is proposed. The mechanism relies on the continuous sharp changes of the cross‐sectional area flowing ionic current when pre‐cut curved cracks are closed/opened by external load. The high fracture toughness of the hydrogel inhibits the crack propagation, making the sensing robust. By designing the crack patterns, sensitivities of 80 for 0–20% tensile strain and 0.45 kPa −1 for tactile force are achieved. Compared to the sensor made from bulk hydrogel, the sensitivities are enhanced by two and three orders of magnitude, respectively, meanwhile the detectable strain range is maintained (up to 215%). A sandwich design is also developed to distinguish elongation, compression, and bending. Applications of HCHG sensors in manipulating a robotic arm and nondestructive grasping an even softer object by a soft gripper are demonstrated.
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