清華大學動力機械工程學系學位論文
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- 學位論文
智慧機器人的研發，受到廣泛的重視。為了協助機器人具備更良好的感知和人機互動的能力，觸覺感測可提供重要的外界訊息。若能整合觸覺感測器與近接感測器，則得以感知機械手臂與物體間之接觸力以及近接距離等資訊，以確保人機互動的安全，對於智慧機器人的應用格外重要。因此，本研究透過商用的標準半導體製程平台，TSMC 0.18μm 1P6M 以及0.35μm 2P4M，設計、製造、與整合壓阻式觸覺感測器與電感式近接感測器於單一晶片，並透過垂直整合的設計架構，有效縮小晶片的面積。本研究以螺旋線圈實現近接感測器，透過螺旋線圈的電感值變化，可以感測物體近接的距離；另外以內建壓阻式感測器之微機械結構實現觸覺力感測器，透過機械結構的形變和壓阻阻值的變化，可測得物體施與感測器的接觸力。由於電感和壓阻感測機制不會相互干擾，因此觸覺和近接感測單元可同時運作，所以本研究之感測晶片得以在物體接觸前後進行連續的監控，感測物體接觸前的近接距離和接觸後的接觸力。另外，為了滿足不同的應用需求，本研究除了開發簡易然而應用較廣泛的單軸正向接觸力感測器外，也開發較複雜但應用較特殊的三軸(正向與剪力)接觸力感測器。透過實驗的驗證，說明本研究提出的設計，達到預期的效果與能力。
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- 學位論文
本論文根據太赫茲波的特性進行一系列的實驗，除了人造骨的太赫茲波影像呈現，也結合微流體晶片進行溶液中微小粒子和不同濃度溶液的檢測。 首先，本研究透過太赫茲波對極性和非極性材料的穿透性差異及接收器偵測到的太赫茲波強度分布，進行在人造骨的影像呈現，目前以1.5 x 1.5 mm的影像解析度成功做出直徑5 mm孔洞的影像。 接著，不同的材料在不同頻率底下，亦對太赫茲波有不同的吸收度，因此本研究將微流體晶片結合介電泳技術，透過非均勻交流電場，將流體中的微小粒子匯聚在最小線寬為30 µm的電極上，並曝照太赫茲波，0.33 THz成為本研究觀察實驗結果的重點頻段。 除了結合介電泳技術外，亦將微流體晶片和超材料結合，超材料在經過太赫茲波曝照後，會產生共振效應，此研究模擬並使用了共振頻率在0.42和0.60 THz的超材料，經太赫茲時域光譜儀檢測後，皆成功觀察到超材料使某頻段的訊號差異放大，且在注入多種不同濃度的液體後，亦觀察到訊號強度的差異及共振頻率的位移，其中共振的頻率位移與液體濃度呈正相關。
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