受到折紙從二維變?yōu)槿S的制作過程啟發(fā)，南加州大學(xué)的研究人員設(shè)計了一種可變形的非平行板三維電容應(yīng)變傳感器。這種非平行板電容應(yīng)變傳感器的制備過程非常巧妙，研究者首先在預(yù)拉伸的硅膠彈性基底上制備二維電極圖案，然后通過釋放預(yù)應(yīng)變讓基底恢復(fù)原長，從而將二維電極轉(zhuǎn)換為具有一定折疊角度的三維非平行電極板，從而為這種電容式的應(yīng)變傳感器提供了很大的可拉伸性、超低滯后性、高重復(fù)性、快速響應(yīng)時間以及小傳感器面積等優(yōu)勢。此外，的三維電極設(shè)計還支持壓縮應(yīng)變傳感和特定方向的應(yīng)變響應(yīng)，這是不同于以往大多數(shù)基于可拉伸材料的柔性應(yīng)變傳感器的性質(zhì)。毫米級的小傳感面積還允許這種傳感器可以簡單地粘附在軟體裝置上實現(xiàn)對它們形變的分布式測量。

圖1D展示了折紙結(jié)構(gòu)的電容式應(yīng)變傳感器制作工藝。首先制造一個平面多層結(jié)構(gòu)，稱為二維前驅(qū)體。二維前驅(qū)體包括底部Parylene層（厚度5μm）、光刻圖案的金屬層（鉻/金，厚度25/200nm）和其上方的另一個Parylene層（厚度5μm）。對Parylene層進(jìn)行圖案和蝕刻形成了Parylene/金屬/Parylene圖案，定義了多面板電極和一對狹窄的（~100 μm）蛇形導(dǎo)線。這些蛇形導(dǎo)線作為電極和外部電子設(shè)備之間高度可伸縮的電互連結(jié)構(gòu)。厚(35至40 μm厚），可光定義環(huán)氧樹脂（SU-8 25）覆蓋頂部Parylene層，在四個圖案的矩形區(qū)域提供硬化。與未覆蓋的區(qū)域相比，該SU-8層的覆蓋范圍使彎曲剛度增加了大約130到175倍，從而形成了面板折痕結(jié)構(gòu)。連接兩個電極的Parylene/金屬/Parylene折痕中的狹縫設(shè)計進(jìn)一步降低了折痕的彎曲剛度。通過暗板掩膜將Ti/SiO2雙層（15 nm/50 nm厚）沉積在二維前驅(qū)體的背面，形成與單軸預(yù)拉伸的彈性體襯底（Ecoflex 00-31）的共價鍵合位點。釋放預(yù)應(yīng)變會施加壓縮力，導(dǎo)致二維前驅(qū)體的未結(jié)合區(qū)域沿著狹縫發(fā)生屈曲。

可拉伸應(yīng)變傳感器可以測量相對較大的變形，研究人員展示了將它們用于軟機器人形狀和變形的感知測量。分布式應(yīng)變傳感器可以無縫集成到軟機器人表面，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行三維重建的應(yīng)變分布測量，為軟機器人在任意環(huán)境設(shè)置下的本體感覺提供了一個解決方案。然而，具有高滯后滯或低拉伸能力的應(yīng)變傳感器可能會限制本體感覺能力。軟機器人本體感覺的另一個挑戰(zhàn)是對軟機器人的多模態(tài)變形的分解，如拉伸/壓縮、彎曲、扭曲和剪切，這些變形可以同時存在。本文提出的電容傳感器中的三維角度電極可以隨著鍵接點方向的拉伸或壓縮而展開或折疊，分別導(dǎo)致電容的減少或增加（圖3B）。由于三維電極的不對稱結(jié)構(gòu)，傳感器在不同角度的拉伸作用下，與傳感器帶的縱向方向表現(xiàn)出方向相關(guān)的電容變化。復(fù)雜的、不對稱的變形模式可以導(dǎo)致與面S1和面S2不同的傳感器響應(yīng)。彎曲臂在外表面產(chǎn)生顯著的拉伸應(yīng)變和內(nèi)表面的壓縮應(yīng)變都可以被傳感器所捕獲（如圖5C）。