可撓性電容式微壓力感測器應用於腳底壓應力之量測

醫療機電工程研究所 李健峰助理教授

復健科學中，腳底壓力值是極為重要之生理訊號，醫生可藉由分析病人之腳底壓力分佈，診斷其步態機能失調或神經肌肉系統病變等相關疾病，例如：偏癱、腳趾外翻與糖尿病等疾病。然而，在臨床上，腳底壓力之量測主要是藉由放置在實驗室地板上之力板來量測，病人在力板上行走，進而計算其腳底壓力之大小，對於長時間或較遠距離之數據收集，此量測方法變得較難實現。因此，有研究團隊利用市售之應變規與自製之機構，研製可穿戴於鞋底之壓力感測系統；但由於市售之應變規大多是壓電式量測，壓電元件較為易碎並其量測數據容易受溫度影響；因此，製作一種可撓性及穩定之壓力感測器有其重要 性。

爰此，本實驗室開發一利用微機電技術製作之可撓性電容式微壓力感測器，欲達到微小、高可靠度之目的。在此設計中，以平行板電容原理為基礎，當受到壓力時，兩平行板的距離縮小，而改變其電容值，藉量測其電容值可估算壓力之大小。本感測器的主要結構為下層軟性電路板層、聚二甲基矽氧烷介電層、上層軟性電路板層組成。利用軟性電路板製作之電極具有高可撓性、不易龜裂與製作容易之優勢，而使用聚二甲基矽氧烷作為介電材料，可藉由調配固化劑之重量比，而改變其剛性，進而調整感測器之靈敏度與最大量測負載。本實驗室開發了兩種不同量測範圍 ( 0-1000 及 400-3000 kPa ) 之感測器，此量測範圍是適合不同的生物力學應用。本實驗室開發之感測器是可撓及細小的，適合放置於彎曲的表面進行量測，因此，期望此感測器能應用於生物力學之腳底壓力量測，並可將此感測元件嵌入於鞋墊中，與無線傳輸電路結合，製作一個可攜帶式無線傳輸量測腳底壓力之設備。

本研究為長庚大學研究計畫 ( UERPD2A0101 ) 提供經費進行。