微型无线电供电贴纸可测量物体间的作用力

在许多情况下，了解一个物体对另一个物体施加了多大的力非常重要。我们设计了一种小而薄的贴纸来测量和传递这类数据，而不需要电线或电池。加州大学圣迭戈分校的科学家们正在开发这种名为 ForceSticker 的设备。除其他用途外，它还可用于监测仓库中堆叠包裹的重量，确保人工膝关节不会伤害邻近的软骨，甚至为机器人提供触觉。

ForceSticker 贴在两个接触物体的界面上 图/David Baillot/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院

ForceSticker 的核心是一个电容器，大小与米粒差不多。它由夹在两条导电铜条之间的柔软聚合物片组成。当对贴纸施加外力时，聚合物会压缩，从而使两根铜条相互靠近。这样，电容器的电荷量就会增加。

ForceSticker 的另一个主要部件是 RFID（射频识别）标签，它通过手持式 RFID 阅读器发出的无线电信号获得临时供电。该标签利用集成天线将修改后的信号传回阅读器--该信号现在包含有关链接电容器当前电荷水平的信息。然后，定制软件会将这些数据转换成外力的测量值。

研究人员在膝关节模型中成功测试了 ForceStickerDavid Baillot/加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院

通过改变电容器所用聚合物的软硬度，可以制造出灵敏度很高或灵敏度较低的 ForceSticker，前者适用于测量较小的力，后者适用于测量较大的力。在目前进行的测试中，灵敏度很高的贴纸被用来监测模型膝关节的受力情况，而灵敏度较低的贴纸则被用来监测放置在盒子里的各种大型物体的重量。

在这两种情况下，ForceStickers 在使用了 10000 多次力之后仍然有效。这些贴纸的制造成本也相对较低，每张成本约为 2 美元，如果扩大生产规模，这一数字应该会大幅下降。此外，用户最终还可以用智能手机代替专用的 RFID 阅读器。

首席科学家 Dinesh Bharadia 教授说："人类天生就具有感知力的能力。为电子设备和医疗植入物提供这种力感应能力可能会改变许多行业的游戏规则"。

有关这项研究的论文将在墨西哥举行的 UbiComp 2023 会议上发表。