یک استراتژی پایدار برای تولید حسگرها برای روباتهای نرم

تعداد فزاینده ای از شرکت ها و گروه های تحقیقاتی در حال حاضر در حال تولید سنسورهای سازگار بر اساس مواد کامپوزیتی هستند که می توانند طیف گسترده ای از برنامه های ممکن را داشته باشند. مواد کامپوزیت ، مواد ساخته شده از دو یا چند ماده ، اغلب دارای خواص منحصر به فرد و سودمندی هستند که با اجزای مختلف آنها متفاوت است.

مطالعات گذشته نشان داده اند که مواد کامپوزیتی حاوی ماتریس های پلیمری و پرکننده های رسانا به خصوص برای توسعه سنسورهای سازگار امیدوار کننده هستند ، زیرا می توانند در مقیاسهای بزرگ چاپ شوند. یک مزیت اصلی سنسورهای ساخته شده از این کلاس از مواد این است که می توانند در سیستم های هندسی پیچیده یا انعطاف پذیر مانند دستگاه های پوشیدنی و روبات های نرم ادغام شوند .

محققان دانشگاه ییل اخیراً رویکردی را ارائه داده اند که می تواند تولید پایدار سنسورهای سازگار برای کاربردهای روباتیک نرم را فعال کند. این رویکرد ، که در یک مقاله Science Robotics ارائه شده است ، شامل استفاده از یک امولسیون Pickering مبتنی بر اتانول است که به طور خودمراقبتی منعقد می شود و یک کامپوزیت رسانا ایجاد می کند که به راحتی بر روی سیستم های روباتیک نرم قابل چاپ است.

محققان در مقاله خود نوشتند: "چاپ مواد کامپوزیتی به طور کلی مستلزم استفاده از حلالها مانند تولوئن یا سیکلوهگزان برای حل کردن رزین پلیمر و نازک شدن مواد به ویسکوزیته قابل چاپ است." "با این حال ، چنین حلال ها باعث تورم و تجزیه بیشتر لایه های پلیمری می شوند و باعث می شوند که ابزار مواد کامپوزیت محدود شود. علاوه بر این ، بسیاری از حلال های معمولی سمی هستند و یا در غیر این صورت خطرات سلامتی دارند."

ویدئو با مقایسه "نقاشی" امولسیون حمل شده با اتانول و یک امولسیون سمی معمولی با حلال روی یک بادکنک. امولسیون سمی باعث می شود بالون پاپ شود. اعتبار: کیم و همکاران ، علمی. ربات 5 ، eaay3604 (2020)
محققان ییل با آگاهی از چالش های پیش آمده در تلاش برای چاپ مواد کامپوزیت با استفاده از حلالها ، روش جدیدی را ابداع کردند که می تواند تولید حسگرها را به روشی کارآمدتر و پایدار تر امکان پذیر سازد. استراتژی آنها توسعه یافته مبتنی بر استفاده از امولسیون Pickering مبتنی بر اتانول است که به طور خودمشقطع منعقد می شود و یک کامپوزیت رسانا ایجاد می کند که می تواند در انواع حسگرها چاپ شود.

محققان در مقاله خود نوشتند: "امولسیون پیکرینگ شامل پیش سازهای پلیمری امولسیون شده است که توسط نانوذرات رسانا در یک حامل اتانول تثبیت می شوند." "پس از تبخیر اتانول ، پیش سازها رها می شوند ، که پس از آن در میان شبکه های نانوذرات به هم می رسند و به صورت خود به خود در تماس با رطوبت اتمسفر می شوند."

ویدئویی از سنسورهایی که برای اندازه گیری خم شدن آرنج روی نوار کینزیولوژی استفاده شده اند. اعتبار: کیم و همکاران ، علمی. ربات 5 ، eaay3604 (2020)
محققان هنگامی که استراتژی جدید تولید حسگر خود را ترسیم کردند ، امولسیون Pickering خود را در تعدادی از سیستم های پلیمری از جمله مواد نساجی سنتی و محرک های نرم چاپ کردند. ماده رسانای مورد استفاده آنها به این سیستمها امکان سنجش را می دهد و در نتیجه انواع مختلفی از حسگرهای سازگار ایجاد می شود .