Draagbare druksensor van vloeibaar metaal

Zachte druksensoren hebben veel onderzoeksaandacht gekregen op verschillende gebieden, waaronder zachte robotica, elektronische huid en draagbare elektronica. Onderzoekers hebben een zeer gevoelige draagbare druksensor ontwikkeld die in staat is tot gevoelige, nauwkeurige en continue meting van fysiologische en fysieke signalen en die een groot potentieel laat zien voor toepassingen voor gezondheidsmonitoring en de vroege diagnose van ziekten.

Een zachte druksensor moet een hoge compliantie, hoge gevoeligheid, lage kosten, prestatiestabiliteit op lange termijn en omgevingsstabiliteit hebben om te kunnen worden gebruikt voor continue gezondheidsbewaking. Conventionele solid-state zachte druksensoren die functionele materialen gebruiken, waaronder koolstofnanobuizen en grafeen, hebben geweldige detectieprestaties laten zien; deze sensoren hebben echter last van beperkte rekbaarheid, signaalafwijkingen en langdurige instabiliteit vanwege de afstand tussen het rekbare substraat en de functionele materialen.

Om deze problemen te verhelpen, is elektronica in vloeibare toestand die vloeibaar metaal gebruikt, geïntroduceerd voor verschillende draagbare toepassingen. Van deze materialen heeft Galinstan - een eutectische metaallegering van gallium, indium en tin - geweldige mechanische en elektrische eigenschappen die kunnen worden gebruikt in draagbare toepassingen. Maar de huidige druksensoren op basis van vloeibaar metaal hebben een lage drukgevoeligheid, wat hun toepasbaarheid voor gezondheidsbewakingsapparatuur beperkt.

De onderzoekers ontwikkelden een 3D-geprinte, stijve microbump-array-geïntegreerde, op vloeibaar metaal gebaseerde zachte druksensor. Met behulp van 3D-printen kan de integratie van een rigide microbump-array en de master-mal voor een vloeibaar metalen microkanaal tegelijkertijd worden bereikt, waardoor de complexiteit van het productieproces wordt verminderd. Door de integratie van de stijve microbump en het microkanaal heeft de nieuwe druksensor een extreem lage detectielimiet en een verbeterde drukgevoeligheid in vergelijking met eerder gerapporteerde druksensoren op basis van vloeibaar metaal. De voorgestelde sensor heeft ook een verwaarloosbare signaalafwijking over 10.000 cycli van druk, buigen en strekken en vertoonde een uitstekende stabiliteit bij blootstelling aan verschillende omgevingsomstandigheden.

Deze prestatieresultaten maken het een uitstekende sensor voor verschillende apparaten voor gezondheidsbewaking. Ten eerste demonstreerde het onderzoeksteam een ​​draagbaar polsbandje dat continu iemands hartslag kan controleren tijdens het sporten en kan worden gebruikt in een niet-invasief, manchetloos bloeddrukbewakingssysteem op basis van PTT-berekeningen. Vervolgens introduceerden ze een draadloos, draagbaar hieldrukbewakingssysteem dat drie 3D-BLiPS integreert met een draadloze communicatiemodule.