Новый гибкий и высоконадежный датчик

Мониторинг состояния здоровья в режиме реального времени и сенсорные возможности роботов требуют мягкой электроники, но проблема использования таких материалов заключается в их надежности. Эластичность и податливость делают их работу менее воспроизводимой. Изменение надежности известно как гистерезис. Руководствуясь теорией контактной механики, группа исследователей из NUS разработала новый материал датчика, который имеет значительно меньший гистерезис. Эта возможность позволяет использовать более точные носимые медицинские технологии и роботизированное зондирование.

Когда мягкие материалы используются в качестве датчиков сжатия, они обычно сталкиваются с серьезными проблемами гистерезиса. Свойства материала мягкого сенсора могут меняться между повторными прикосновениями, что влияет на достоверность данных. Это усложняет получение точных показаний каждый раз, что ограничивает возможности применения датчиков.

Прорывом команды NUS стало изобретение материала с высокой чувствительностью, но практически без гистерезиса. Они разработали процесс расщепления тонких металлических пленок на эластичный материал под названием полидиметилсилоксан (ПДМС) в желаемые кольцеобразные узоры.

Команда интегрировала эту металлическую/PDMS-пленку с электродами и подложками для пьезорезистивного датчика и охарактеризовала его характеристики. Они провели повторные механические испытания и подтвердили, что их инновационный дизайн улучшил работу датчика. Их изобретение, получившее название Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin, или TRACE, в пять раз лучше, чем обычные мягкие материалы.

«Благодаря нашей уникальной конструкции мы смогли значительно повысить точность и надежность. Датчик TRACE потенциально можно использовать в робототехнике для восприятия текстуры поверхности или в носимых медицинских устройствах, например, для измерения кровотока в поверхностных артериях для приложений мониторинга здоровья», — сказал доцент Бенджамин Ти.

Следующим шагом для команды NUS является дальнейшее улучшение пригодности их материала для различных носимых приложений и разработка приложений искусственного интеллекта (ИИ) на основе датчиков. «Наша долгосрочная цель — прогнозировать здоровье сердечно-сосудистой системы с помощью крошечного смарт-пластыря, который помещается на кожу человека. Этот датчик TRACE — шаг вперед к этой реальности, потому что данные, которые он может собирать для скорости пульса, являются более точными, а также могут быть оснащены алгоритмами машинного обучения для более точного прогнозирования текстуры поверхности», — пояснил Ти.

Другие приложения, которые команда NUS стремится разработать, включают использование в протезировании, где наличие надежного кожного интерфейса позволяет более разумно реагировать.