Износостойкий датчик давления из жидкого металла

Мягкие датчики давления привлекли значительное внимание исследователей в различных областях, включая мягкую робототехнику, электронную кожу и носимую электронику. Исследователи разработали высокочувствительный носимый датчик давления, способный к чувствительным, точным и непрерывным измерениям физиологических и физических сигналов и обладающий большим потенциалом для приложений мониторинга здоровья и ранней диагностики заболеваний.

Мягкий датчик давления должен обладать высокой совместимостью, высокой чувствительностью, низкой стоимостью, долговременной стабильностью работы и устойчивостью к окружающей среде, чтобы его можно было использовать для непрерывного мониторинга состояния здоровья. Обычные твердотельные мягкие датчики давления, в которых используются функциональные материалы, включая углеродные нанотрубки и графен, продемонстрировали отличные рабочие характеристики; однако эти датчики страдают ограниченной растяжимостью, дрейфом сигнала и долговременной нестабильностью из-за расстояния между растяжимой подложкой и функциональными материалами.

Чтобы преодолеть эти проблемы, для различных носимых устройств была введена жидкостная электроника, использующая жидкий металл. Из этих материалов галинстан — эвтектический металлический сплав галлия, индия и олова — обладает отличными механическими и электрическими свойствами, которые можно использовать в носимых устройствах. Но современные датчики давления на основе жидких металлов имеют низкую чувствительность к давлению, что ограничивает их применимость для устройств мониторинга состояния здоровья.

Исследователи разработали напечатанный на 3D-принтере жесткий датчик мягкого давления на основе жидкого металла, интегрированный в массив микровыпуклостей. С помощью 3D-печати можно одновременно интегрировать массив жестких микровыпуклостей и мастер-форму для микроканала из жидкого металла, что снижает сложность производственного процесса. Благодаря интеграции жесткого микровыступа и микроканала новый датчик давления имеет чрезвычайно низкий предел обнаружения и повышенную чувствительность к давлению по сравнению с датчиками давления на основе жидких металлов, о которых сообщалось ранее. Предлагаемый датчик также имеет незначительный дрейф сигнала в течение 10 000 циклов давления, изгиба и растяжения и демонстрирует превосходную стабильность при воздействии различных условий окружающей среды.

Эти результаты производительности делают его отличным датчиком для различных устройств мониторинга здоровья. Во-первых, исследовательская группа продемонстрировала носимый браслет, который может непрерывно контролировать пульс во время тренировки и использоваться в неинвазивной системе мониторинга артериального давления без манжеты, основанной на расчетах PTT. Затем они представили беспроводную носимую систему контроля давления в области пятки, которая объединяет три 3D-BLiPS с модулем беспроводной связи.