重庆大学胡陈果：基于Halbach Array结构的摩擦电自供能传感器与机械手实时控制

2. 磁阵列的滑动结构将滑动运动转化为接触/分离运动，从而提高了器件的耐用性和在低速时的信号幅度。

3. 磁性轨道限制了滑动方向，从而大大提高了稳定性。

图1. (a) Ma-s-TS的原理图和多层结构。插图：基板和滑块上磁阵列的显影照片。(b) 总体结构图。(c) 磁阵列辅助接触分离状态(顶部和底部)。(d) 制作的传感器照片(比例尺：1cm)。

II Ma-s-TS的操作原理

Ma-s-TS的工作原理如图2所示。首先如图2(a)所示，由于不同材料之间得失电子的能力不同，当金属和聚四氟乙烯薄膜接触后，这两个材料会在接触表面形成符号相反的表面电荷。对于Part A，当在外力作用下发生分离时，金属和聚四氟乙烯下面的电极之间会形成感应电势差。如果两个电极通过负载连接在一起，为了平衡静电场，电子会通过负载从一个电极流向另一个电极。对于Part B，金属和聚四氟乙烯接触后，金属会带上正电荷。当带正电的金属在底部两个电极之间往复运动时，底部两个电极之间的电势差会发生变化。为了平衡电势差的变化，当两个电极通过负载连通时，电子会在两个电极之间来回转移。所以Part A部分会产生一系列周期性的窄脉冲，而Part B部分，在滑动周期中会产生交替的宽脉冲信号。将这个种不同的信号进行耦合，我们就可以得到代表手指弯曲/伸展的一系列正/负脉冲。为了支撑前面解释的工作原理，Part A和Part B在运动过程中开路状态下电极的电势的变化可以通过COMSOL进行了模拟描述。并且通过实际测量，得到了图2(d–f)中两个独立部分和耦合电路中检测到的真实信号。

图2. (a) 滑动中电子转移过程的示意图。(b) 滑动过程中输出信号的示意图。(c) 有限元模拟滑动过程中开路状态下电势分布。(d-f) Part A、Part B、耦合后对应的实际测试输出信号。

图3. (a) 戴在手指上的Ma-s-TS。(b) 正负脉冲表示手指伸直和弯曲。(c) 基于图(b) 信号的机械手和人手的实时手势交互。(d–e) 与jmTQS在信道间干扰的比较(d. jmTQS，e. Ma-s-TS)。