Doorbraak met zachte druksensor lost het meest uitdagende knelpunt in het veld op

Medische detectietechnologie heeft de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt, met de ontwikkeling van draagbare apparaten die hartslag, hersenfunctie, biomarkers in zweet en meer kunnen volgen. Er is echter één groot probleem met bestaande draagbare druksensoren: zelfs de geringste hoeveelheid druk, zoiets lichts als een strak shirt met lange mouwen over een sensor, kan ze van het spoor brengen.

Ingenieurs uit Texas hebben dit probleem opgelost, dat het veld al jaren irriteert. En ze deden het door een allereerste hybride detectiebenadering te innoveren waarmee het apparaat eigenschappen kan bezitten van de twee overheersende typen sensoren die tegenwoordig worden gebruikt.

“Het veld van flexibele druksensoren is extreem druk, en na twee decennia stuiten we op een knelpunt omdat niemand de afweging tussen druk en gevoeligheid kon oplossen”, zegt Nanshu Lu, universitair hoofddocent bij de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en Engineering Mechanics en de corresponderende auteur van het nieuwe onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Geavanceerde materialen. “Dit is de eerste sensor die een nieuwe hybride modus kan gebruiken om druk te weerstaan ​​zonder een significante afname van de gevoeligheid.”

Zachte druksensoren zijn tegenwoordig over het algemeen gemaakt van drie lagen: een vervormbare sensorlaag die is ingeklemd tussen een paar elektroden. Deze sensoren vallen over het algemeen in een van de twee categorieën: piëzo-capacitief en piëzo-resistief.

Het team van Lu gebruikte een elektrisch geleidend en zeer poreus nanocomposiet als de sensorlaag en voegde een extra isolerende laag toe aan de sensor, waardoor deze over beide typen sensoren beschikte. Dankzij deze nieuwe hybride detectie is hij beter bestand tegen druk.

Typische sensoren ervaren een 10-voudige afname in gevoeligheid bij het ervaren van enige druk die verder gaat dan een lichte aanraking. Deze sensor, aangebracht op het voorhoofd van een proefpersoon, was bestand tegen de druk van een nauwsluitende virtual reality-headset erop met slechts een minimaal verlies aan gevoeligheid. Druk kan niet alleen een verlies aan nauwkeurigheid veroorzaken bij veel sensoren, maar het kan ook de mogelijkheid om een ​​meting af te geven afstompen.

“Als we externe druk uitoefenen, daalt de gevoeligheid, maar is nog steeds vergelijkbaar met andere sensoren bij nuldruk”, zegt Lu, die ook afspraken heeft bij de afdeling Electrical and Computer Engineering, Walker Department of Mechanical Engineering, Department of Biomedical Engineering en het Texas Materials Institute van de UT Austin.

Lu is al lang een pionier op dit detectiegebied, voornamelijk door haar elektronische tatoeagetechnologie – een reeks apparaten die zo licht en rekbaar zijn dat ze voor langere perioden over het hart, de hersenen of de spier kunnen worden geplaatst met weinig of geen ongemak.

Maar Lu heeft nog grotere visies op deze sensoren en e-tatoeages. Ze werkt aan manieren om het sensormateriaal om bijna elk object te kunnen wikkelen en het de gevoeligheid van de menselijke huid te geven. De meest voor de hand liggende toepassing is het om robothanden en vingers wikkelen, zodat ze objecten kunnen herkennen door ze aan te raken. Maar er zijn nog veel meer dingen die het zou kunnen doen.

“De toepassingen kunnen onbeperkt zijn”, zei Lu. “Rekbare, e-skin kan om bijna elk object worden gewikkeld.”