El sensor de silicona permite que el dispositivo se estire mientras mide la tensión y la presión

Las innovaciones recientes en el campo de la electrónica portátil han aumentado la investigación sobre sistemas electrónicos flexibles y extensibles.

Si bien el trabajo de décadas en el campo de los componentes tradicionales basados ​​en CMOS ha llevado a una miniaturización dramática, estos dispositivos siguen siendo frágiles e inflexibles. Aunque se pueden colocar sobre sustratos de PCB flexibles para lograr cierto grado de flexibilidad, esta solución no permitirá dispositivos verdaderamente adaptados al cuerpo en el corto plazo.

Como tal, los investigadores e ingenieros de diseño de todo el mundo han estado buscando diferentes formas de crear componentes electrónicos completamente flexibles a nivel de dispositivo, particularmente sensores portátiles que tienen varias aplicaciones útiles en una variedad de tecnologías de consumo, industriales, de defensa y médicas.

Sensores estirados

Sin embargo, existe un problema inherente en los sensores físicos extensibles: la elasticidad. Cuando los sensores extensibles son demasiado elásticos y se estiran demasiado, las interacciones no deseadas pueden llevar a que las mediciones en un eje produzcan errores en otro. Esto podría frenar el progreso en el desarrollo crucial de sistemas eléctricos avanzados, como dispositivos portátiles y robótica blanda.

Por ejemplo, un movimiento completamente normal y regular, como la flexión de un codo o una rodilla, puede ser suficiente para empujar un sensor más allá de su integridad estructural. Esto produce un error significativo en la medición del movimiento de presión e impide que el sensor pueda medir la presión y la deformación simultáneamente.

En esta demostración, la detección de presión y tensión se controla de forma independiente con cada movimiento. Imagen utilizada cortesía de Scientific Reports

Los sensores de presión (transductores) funcionan utilizando un elemento sensor de área constante y responden a la fuerza que le aplica la presión del fluido. La fuerza aplicada desvía el diafragma del transductor, que luego se mide y se convierte en una salida eléctrica.

Si uno de los ejes del transductor está desviado por un factor suficientemente grande (por ejemplo, porque se ha estirado demasiado), esto dará lugar a una lectura inexacta porque la presión (P) se calcula dividiendo la fuerza (F) por el área (A) – P = F / A.

En los wearables de los consumidores, estas inexactitudes representarían una molestia para el usuario. En aplicaciones médicas o críticas para la seguridad, pueden ser peligrosas.

Hacer que los sensores se recuperen

Investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama (YNU) en Japón afirman haber encontrado una manera de combatir este problema, proponiendo una “matriz monolítica de sensores de presión y deformación” capaces de detectar simultánea e independientemente la fuerza y ​​la deformación por flexión del movimiento.

En el artículo publicado, los investigadores describen el uso de dos materiales diferentes, uno blando y otro duro, para proteger la capacidad del sensor para estirar y medir con precisión el movimiento. Se colocó una silicona dura (PDMS) a lo largo de los electrodos sobre la matriz, y en el centro de cada colocación, colocaron silicona porosa suave que detecta la presión.

Sensor estirable

El sustrato de silicona, que está hecho de dos tipos diferentes de silicona: una dura y otra blanda. La silicona más dura (PDMS) puede suprimir la deformación de los elementos sensores de presión bajo tensión. Imagen utilizada por cortesía de Hiroki Ota, Universidad Nacional Yokahama

«El PDMS alrededor de los elementos sensores de presión evita el desarrollo de grandes deformaciones de los elementos durante la tensión del dispositivo desarrollado», dijo Hiroki Ota, autor del artículo y profesor asociado en la Facultad de Ingeniería de YNU.

El centro de presión de silicona porosa suave en el núcleo del PDMS está protegido por la carcasa dura del PDMS. Esto le permite medir la fuerza de la presión sin sobrepasar los márgenes de error fiables. También permite que los sensores midan tanto la presión como la tensión como contribuyentes independientes al movimiento.

Comprensión del movimiento humano a través de sensores flexibles

Además, la resistencia de los electrodos de columna y fila en la matriz de la matriz mapeada es menor que la de los electrodos de los sensores de presión. «Este sustrato y el control de las resistencias de los electrodos pueden evitar que la deformación por estiramiento del dispositivo afecte la detección de la presión», agregó Ota.

Los electrodos de la matriz extensible pueden medir la tensión a una velocidad menor que la necesaria para detectar la presión, lo que permite la detección independiente de presión y tensión.

Los investigadores planean aplicar su sensor a un teclado físico y montarlo en un cuerpo humano. Este teclado, dicen, podrá doblarse con el cuerpo y aún detectar la presión de los dedos. También esperan usar el sensor para comprender mejor el tacto y el movimiento de la mano humana.

Obtenga más información sobre la electrónica estirable

Investigaciones recientes (literalmente) amplían el significado de «sensor» y «batería»

Diseño de dispositivos y pantallas extensibles con electrodos transparentes

Supercondensadores extensibles para la próxima etapa de wearables

Cristales flexibles y estirables como material alternativo para aplicaciones electrónicas

Los nanocables de silicio podrían estirarse hasta un 23% más de lo que se pensaba

Source link

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *