Разработан гибкий и высоконадежный сенсорный датчик

Новый сенсорный материал в пять раз лучше обычных мягких материалов и может быть использован в носимых медицинских устройствах или в робототехнике для распознавания текстуры поверхности.

Для мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени и сенсорных возможностей роботов требуется мягкая электроника, но проблема использования таких материалов заключается в их малой надежности. В отличие от жестких устройств, эластичность и податливость делают их работу менее воспроизводимой. Изменение надежности известно как гистерезис.

Руководствуясь теорией механики контакта, группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала новый сенсорный материал, который имеет значительно меньший гистерезис. Эта способность обеспечивает более точные носимые медицинские технологии и роботизированное зондирование.

Исследовательская группа, возглавляемая доц. Бенджамином Ти (Benjamin Tee) из Института инноваций и технологий в области здравоохранения при NUS, опубликовала свои результаты в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Когда мягкие материалы используются в качестве датчиков сжатия, то обычно сталкиваются с серьезными проблемами гистерезиса. Свойства материала мягкого сенсора могут меняться между повторными касаниями, что влияет на надежность данных. Это затрудняет получение точных показаний каждый раз, ограничивая возможные области применения датчиков.

Прорыв команды NUS - изобретение материала, обладающего высокой чувствительностью, но практически без гистерезиса. Они разработали процесс растрескивания тонких металлических пленок в желаемые кольцевые узоры на гибком материале под названием полидиметилсилоксан (ПДМС).

Команда объединила эту пленку металл/PDMS с электродами и подложками для пьезорезистивного датчика и получила ее характеристики. Ученые провели многократные механические испытания и подтвердили, что их инновационная конструкция улучшает характеристики датчика. Их изобретение, названное Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin или TRACE, в пять раз лучше, чем обычные мягкие материалы.

«Благодаря нашему уникальному дизайну мы смогли значительно повысить точность и надежность. Датчик TRACE потенциально может использоваться в робототехнике для определения текстуры поверхности или в носимых медицинских устройствах, например, для измерения кровотока в поверхностных артериях для мониторинга состояния здоровья», - сказал доц. Ти, который также является сотрудником Департамента материаловедения и инженерии NUS.

Следующим шагом команды NUS является дальнейшее улучшение совместимости их материалов с различными носимыми приложениями и разработка приложений искусственного интеллекта на основе датчиков.

«Наша долгосрочная цель - предсказать состояние сердечно-сосудистой системы с помощью крошечного умного пластыря, который помещается на кожу человека. Датчик TRACE является шагом вперед к этой реальности, поскольку данные о частоте пульса, которые он может собирать, более точны и также могут быть оснащены алгоритмами машинного обучения для более точного прогнозирования текстуры поверхности», - пояснил доц. Ти.

Другие приложения, которые команда NUS стремится разработать, включают использование в протезировании, где наличие надежного интерфейса кожи позволяет более разумную реакцию.

Гибкие сенсорные накладки TRACE для измерения кровотока в поверхностных артериях можно накладывать на кожу