یک حسگر قابل کشش و قابل تراکم برای الکترونیک پوشیدنی و روبات های نرم

پیشرفت های اخیر فن آوری باعث توسعه الکترونیکی پیشرفته و پیشرفته شده است. برخی از این ابزارهای جدید ، به ویژه دستگاههای پوشیدنی و روباتهای نرم ، از اجزای الکترونیکی انعطاف پذیر ، از جمله سنسورها ، محرکها و ابررساناها استفاده می کنند یا می توانند تا حد زیادی سود ببرند.

محققان دانشگاه ژنگژو و دانشگاه پکن در چین اخیراً سنسور جدید کششی و قابل فشرده سازی هیدروژل را ایجاد کرده اند که می تواند برای ساخت انواع فن آوری های انعطاف پذیر یا نرم با قابلیت های سنجش از جمله ردیاب های بهداشتی و پوست روباتیک استفاده شود. این سنسور که در مقاله ای منتشر شده در مواد و مهندسی ماکرو مولکولی ساخته شده است ، از نظر ساختگی و همچنین مقرون به صرفه بسیار آسان است ، و این باعث می شود آن را برای پیاده سازی های در مقیاس بزرگ ایده آل کنید.

محققان با پراکندگی یکنواخت پودر نانوالیاف کربن (CFP) درون یک هیدروژل مبتنی بر پلی وینیل الکل (PVA) آن را ایجاد کردند. PVA تاکنون ثابت کرده است که به دلیل خواص مکانیکی مناسب آن و این واقعیت که تجزیه پذیر نیست ، برای توسعه الکترونیک انعطاف پذیر بسیار امیدوار کننده است.

محققان با پراکندگی CFP در داخل هیدروژل مبتنی بر PVA توانستند مقاومت مکانیکی مواد را افزایش داده و هدایت الکتریکی آن را افزایش دهند. آنها از آنچه به عنوان یک روش "چرخه انجماد و ذوب" شناخته می شود ، استفاده می کنند که مستلزم یخ زدن و ذوب شدن یک ماده است.

هیدروژل PVA / CFP تولید شده از این فرایند برای یافتن محدوده کششی (366٪) و فشرده سازی (70٪) پیدا شد. این باعث می شود آن را برای توسعه الکترونیک بسیار انعطاف پذیر ، که می تواند کشش یا فشرده شود در حالی که حفظ قابلیت سنجش مطلوب ، ایده آل است.

"در طول 1000 چرخه بارگذاری ، بارگذاری هیدروژل PVA / CFP دارای تغییر شکل پلاستیک کم (<10٪ ، برای کشش و فشرده سازی) ، راندمان اتلاف انرژی اندک (5.62٪ در زیر کشش و 12.13٪ تحت فشرده سازی) و مکانیکی پایدار استحکام و حساسیت عالی ، خواه به 100٪ کشیده شود و یا به 50٪ سویه فشرده شود. "محققان در مقاله خود نوشتند.

علاوه بر اینکه نسبتاً ساده و کارآمد است ، این روش برای ساخت سنسورهای کششی و قابل فشرده سازی ، کم هزینه است و از این رو می توان به راحتی از آن استفاده کرد. علاوه بر این ، این امکان را فراهم می کند تا حسگرهایی با عملکرد بسیار بالا داشته باشد که بتواند طیف گسترده ای از رفتارها یا فعالیتهای انسانی را تشخیص دهد.

به عنوان مثال ، سنسورهای ایجاد شده با استفاده از استراتژی جدید ساختگی می توانند با دقت تشخیص دهند که کاربر در حال خم یا کشش مفاصل ، تنفس و بلع است. آنها همچنین می توانند تغییرات فشار را که انسان هنگام پیاده روی یا حرکت به وجود می آورد ، حس کنند.

محققان سنسورهای خود را در چندین سناریو آزمایش کردند و آنها را روی مچ دست کاربر گذاشتند تا بتواند تنش عضلات مشت را تشخیص دهد ، بر روی گلو برای نظارت بر بلع ، روی معده برای تشخیص تنفس یا زیر کفش فقط برای نظارت بر رفتار راه رفتن کاربر استفاده کند. آنها همچنین از همان سنسورها برای تشخیص لمس انسان و هنگامی که او روی سنسور فشار می آورد ، استفاده کردند.

سنسور کرنش هیدروژل نانوالیاف پلیمر کربن در حال حاضر به نتایج بسیار امیدوارکننده ای رسیده است ، و پتانسیل آن را برای انواع مختلف برنامه ها برجسته می کند. در آینده می توان از این دستگاه برای تولید دستگاههای پوشیدنی جدید مانند ساعتهای هوشمند و ردیابهای بهداشتی استفاده کرد ، اما همچنین می تواند ساخت پوسته های الکترونیکی کششی با قابلیت سنجش پیشرفته را فعال کند.