流体弹性体致动器（FEA）是可加压的管状物或膜片，能够轻易地被重新配置为复杂的机械装置。由于具备重量轻、柔韧性高的特点，FEA在机器人和生物医学设备领域受到了极大的关注。

然而，精确测量此类致动器的动态响应和重新配置情况仍面临着巨大挑战，因为压电加速度计和压阻式传感器等传统传感器并不适用于类似圆形屋顶的自由表面或复杂形状。此外，此类传感器的刚性金属外壳不仅限制了其大幅变形能力，还影响了FEA的性能。

不过，在汽车设计中，精确测量FEA中的动态响应起着至关重要的作用。在研发高效且安全的新车型时，对充气结构的加压轮胎进行振动和静压测量不可避免。此类测量不仅可以揭示车辆的性能表现，还可以反映其结构的健康状况。

研究人员已经证明，DES可以捕获快速动态响应（图片来源：芝浦工业大学）

据外媒报道，受此类技术空白的启发，日本芝浦工业大学（Shibaura Institute of Technology，SIT）Naoki Hosoya教授领导的研究团队正在探索研究介电弹性体传感器（DES），以应对上述挑战。该团队成员还包括来自STI的Haruyuki Kurata先生、印度尼西亚加查乌达大学（the University of Gadjah Mada）的Ardi Wiranata博士、东京科学大学（the Institute of Science Tokyo）的Shingo Maeda教授、英国爱丁堡大学（The University of Edinburgh）的David Garcia Cava博士以及Francesco Giorgio-Serchi博士。

该项研究发表在《测量》（Measurement）期刊上，探讨了利用DES对软流体结构的压力和振动响应进行测量的方法。正如Hosoya教授所指出的：“我们的研究探讨了如何将DES有效地用于软流体致动器的实时状态估计与控制。”

为了了解该传感器的工作原理，科学家团队采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和碳纳米管，研制了一种电容式DES。经过测试，该传感器能够测量在气动驱动状态下，软流体系统的振动响应，还能够测量频率高达100 Hz的振动。

该装置通过捕捉电容变化来精确测量振动和静压。当DES受到外部力量的作用而发生变形时，其电容值也会增加。该研究团队发现，DES对振动幅度呈现出线性响应，而且其灵敏度会随着静压的降低而增强。

Hosoya解释道：“压电加速度计和压阻式传感器等传统传感器由于其质量和刚度特性，会强烈影响其下方的充气结构的动态特性，可能会干扰致动器的正常运作。相比之下，DES柔韧性高，能够承受较大程度的变形调整，使其成为FEA实时监测的理想选择。”

上述研究结果突显了DES作为软体机器人和健康监测领域中极具价值的传感装置的潜力。此外凭借在复杂、可变形环境中的正常运行能力，DES能够在机器人技术、生物医学设备以及大型基础设施应用中树立新的标准。

Hosoya教授表示：“DES能够捕捉高度可变形设备或结构的快速动态响应，表明其在软体机器人控制和结构检测方面的应用潜力。此类研究结果表明，轻质且高度可拉伸的DES可以便捷地用作复杂流体网络中的嵌入式单元，有助于实时监测此类致动器，最终实现对此类致动器的观察和控制，同时不会对其正常运行造成任何限制。”