Команда KAIST разработала новый изнашиваемый датчик деформации, основанный на модуляции оптического пропускания эластомера с углеродными нанотрубками (CNT). Датчик способен к чувствительному, стабильному и непрерывному измерению физических сигналов и показывает потенциал для обнаружения тонких движений человека и мониторинга положения тела в реальном времени для применения в здравоохранении.
Исследование «Изнашиваемые датчики деформации с использованием изменения коэффициента пропускания света углеродных нанотрубок с микротрещинами» было опубликовано в «Прикладных материалах и интерфейсах» в марте и было выбрано в качестве обложки.
(Изображение: KAIST; ACS Publications)
Исследовательская группа KAIST во главе с профессором Инкю Паком из машиностроительного факультета предположила, что оптический датчик растягиваемой деформации может быть хорошей альтернативой для устранения ограничений обычных пьезорезистивных и пьезо-емкостных датчиков деформации, поскольку они обладают высокой стабильностью. и меньше подвержены влиянию окружающей среды. Затем команда представила оптический носимый датчик деформации, основанный на изменениях светопропускания встроенного в УНТ эластомера, что дополнительно решает проблему низкой чувствительности обычных оптических датчиков растяжения.
Чтобы достичь большого динамического диапазона для датчика, Парк и его исследователи выбрали Ecoflex в качестве эластомерного субстрата с хорошей механической прочностью, гибкостью и прикрепляемостью на коже человека, а новый оптический датчик износа, разработанный исследовательской группой, фактически демонстрирует широкий динамический диапазон от 0 до 400%.
(Изображение: KAIST)
Кроме того, исследователи распространяли микротрещины при растягивающей деформации в пленке многостенных УНТ, встроенных в подложку Ecoflex, изменяя оптическое пропускание пленки. Таким образом, они смогли разработать носимый датчик деформации, чувствительность которого в 10 раз выше, чем у обычных оптических датчиков растяжения.
Предлагаемый датчик также прошел испытание на долговечность с отличными результатами. Реакция датчика после 13 000 циклических нагрузок была стабильной без какого-либо заметного дрейфа. Это говорит о том, что отклик датчика можно использовать без ухудшения характеристик, даже если датчик многократно используется в течение длительного времени и в различных условиях окружающей среды.
Используя разработанный датчик, исследовательская группа могла измерить движение сгибания пальца и использовать его для управления роботом. Они также разработали трехосную матрицу датчиков для контроля положения тела. Датчик мог отслеживать движения человека с небольшими напряжениями, такими как пульс возле сонной артерии и движение мышц вокруг рта во время произношения.
Профессор Пак сказал: «В этом исследовании наша группа разработала новую платформу для датчиков износостойких деформаций, которая преодолевает многие ограничения ранее разработанных резистивных, емкостных и оптических датчиков растягиваемых деформаций. Наш датчик может широко использоваться во многих областях, включая мягкую робототехнику, носимую электронику, электронную кожу, здравоохранение и даже развлечения ».
Эта работа была поддержана Национальным исследовательским фондом (NRF) Кореи.
,
