觸覺傳感陣列是由多個觸覺傳感單元構成的觸覺傳感器。觸覺傳感單元能測量單點的接觸力，而觸覺傳感陣列由于集成了多個傳感單元，因此具備分布式接觸力的檢測能力。目前，觸覺傳感的實現方法有多種，按其原理可分為壓阻式、壓電式、電容式、流體式、光學式、晶體管式等。

 

壓阻式觸覺傳感

 

壓阻材料在受到外界壓力時其自身電阻值會發生變化，通過檢測電阻值的變化可對外界施加的壓力進行測量，因此將壓阻材料作為觸覺傳感器的壓力敏感材料可實現觸覺力的檢測。

 

常見壓阻材料的制備可通過在絕緣的高分子聚合物中混合導電物質，形成具有壓力敏感特性的復合材料。導電顆粒、導電納米線等導電材料分布在絕緣的聚合物基體中，受壓時導電材料間的距離變小，導電通路增多，從而使整體電阻變小。

 

2012年，美國斯坦福大學Tee等將具有納米微結構的鎳顆粒與超分子聚合物混合，制備出高靈敏的壓阻材料，并用于柔性電子皮膚的設計，研制的柔性電子皮膚表現出良好的接觸力檢測性能。

 

2014年，美國加利福尼亞大學Takei等在聚合物絕緣基體內加入了導電CNT(碳納米管)和AgNP(納米銀顆粒)，作為觸覺傳感陣列的敏感材料，如圖1所示，當傳感陣列受到拉伸、壓縮以及彎曲時，其電阻值均會發生明顯變化。

 

除了導電聚合物外，具有壓阻效應的金屬薄膜也被用在觸覺傳感陣列的設計制造中。

 

2008年，韓國高麗大學Kim等設計了PI(聚酰亞胺)基底的觸覺傳感陣列，PI基底上制造有鎳鉻合金，受力變形時其電阻發生變化，從而實現觸覺力的測量。

 

2016年，韓國延世大學Park等使用 MoS2和石墨烯電極制造的觸覺傳感陣列具有較高的檢測靈敏度，且測試重復性優良。利用具有壓阻效應的金屬薄膜作為觸覺傳感陣列的壓力敏感材料，使得傳感陣列具有動態性能好和響應速度快的特點。

 

電容式觸覺傳感

 

電容通常包含上下兩個電容極板和中間介電層。在外力作用下，介電層受到壓縮，使上下電容極板間的距離發生變化，從而產生電容值的變化。

 

采用平板電極作為電容極板的電容式觸覺傳感陣列具有結構簡單的特點，容易實現法向觸覺力的測量。

 

2008年，美國田納西大學Pritchard等在兩個平板電極間設計了一層聚對二甲苯薄層作為介電層，制作成10x10的觸覺傳感陣列，壓力作用下聚對二甲苯被壓縮，電容值增大，以此來檢測觸覺力的大小。

 

香港城市大學 Zhang 等設計了一種基于 PDMS 介電層的電容式觸覺傳感單元，并制作了3x3的傳感陣列，如圖1.14所示。電容極板的多種觸覺傳感單元結構，獲得了良好的三維力檢測性能。

 

2012年，日本國家先進工業科學技術研究所Takamatsu 等利用表面覆蓋有導電油墨的尼龍纖維編織成網狀織物，在網狀節點處形成電容，以檢測分布式的觸覺力。電容式觸覺傳感器容易獲得較高的接觸力檢測靈敏度，且制造簡單。

 

意大利技術研究院的 Viry 等以銅/錫涂層織物為導電板，以氟硅片為介電層制成柔性三維力傳感器，并被嵌在PDMS封裝層內，其結構示意及實物照片如圖3所示。研究人員以底部四極板的平均電容變化量反映法向力的增減，以相鄰極板間電容變化量之差來計算切向力的大小。因氟硅片的低附著性，上下極板間將自然產生約150μm厚的空氣薄層；而導電織物的經紗和緯紗之間亦存在一定空隙，故傳感器對微小載荷的檢測非常靈敏：當外力小于32mN時，其靈敏度可達14.22 N-1。受讀取系統的限制，柔性三維力傳感器的測力上限為12N。

 

電容式液位傳感器可以用于檢測咖啡機、魚缸的液位檢測，及時提醒用戶缺水，以免缺水燒壞設備。錦鋒電容式液位傳感器CL01DH05利用水和空氣中存在的電荷不一樣來感應并區分容器內是否有水的當容器內無水，不需要接觸液體，可以直接貼在魚缸外側，可用于檢測魚缸滿水或者時預感缺水，也可用于控制魚缸液位。