Исследователи из Института исследований металлов (IMR) Китайской академии наук разработали гибкий двухфункциональный самокомпенсирующийся датчик, который способен одновременно распознавать жесты и измерять температуру. Новое устройство может упростить создание многофункциональных сенсоров для носимой электроники, мягкой робототехники и систем электронной кожи.
Результаты работы опубликованы в журнале Advanced Functional Materials 22 мая.
Развитие гибких датчиков, фиксирующих сразу несколько физических параметров, считается одним из ключевых направлений для интеллектуальных систем нового поколения. Однако существующие решения обычно требуют объединения нескольких сенсорных элементов или разных материалов. Это усложняет конструкцию устройств, увеличивает их толщину и затрудняет миниатюризацию. Дополнительную проблему создаёт взаимное влияние сигналов: температурные изменения и механическая деформация могут одновременно изменять сопротивление, что мешает точному считыванию данных.
Команда под руководством профессора Тай Кайпина предложила стратегию самокомпенсации на основе единой гибкой пленки Bi₂Te₃ / полиимид (PI). В основе подхода — использование двух свойств материала Bi₂Te₃: термоэлектрического эффекта, при котором возникает напряжение при температурном градиенте, и пьезорезистивного эффекта, изменяющего сопротивление при механическом воздействии. Это позволило разделить сигналы температуры и деформации в одном датчике.
Термоэлектрическое напряжение используется как прямой показатель температуры во время измерений, что позволяет компенсировать температурный дрейф резистивного сигнала деформации. Такой подход снижает влияние колебаний температуры на точность измерений и устраняет необходимость в дополнительных температурных сенсорах, отдельных слоях или сложных многокомпонентных конструкциях.
Исследователи также установили, что концентрация носителей заряда в пленке Bi₂Te₃ влияет сразу на оба эффекта — термоэлектрический и пьезорезистивный. Регулируя параметры переноса зарядов, ученые смогли одновременно повысить коэффициент Зеебека и чувствительность датчика, улучшив его общие характеристики.
Для проверки практического применения разработчики встроили датчик в палец, создав носимую систему двухпараметрического контроля. Устройство фиксировало движения пальца по сигналам деформации и одновременно определяло температуру объектов через термоэлектрический отклик.
Разработка формирует основу для нового класса компактных многофункциональных сенсоров, которые могут применяться в человеко-машинном взаимодействии, мягкой робототехнике и интеллектуальных протезах.
