Nieuwe flexibele en zeer betrouwbare sensor

Realtime gezondheidsmonitoring en detectiemogelijkheden van robots vereisen zachte elektronica, maar een uitdaging bij het gebruik van dergelijke materialen ligt in hun betrouwbaarheid. Omdat ze elastisch en buigzaam zijn, zijn hun prestaties minder herhaalbaar. De variatie in betrouwbaarheid staat bekend als hysterese. Geleid door de theorie van de contactmechanica kwam een ​​team van onderzoekers van NUS met een nieuw sensormateriaal dat aanzienlijk minder hysterese heeft. Dit vermogen maakt nauwkeurigere draagbare gezondheidstechnologie en robotdetectie mogelijk.

Wanneer zachte materialen worden gebruikt als druksensoren, hebben ze meestal te maken met ernstige hysteresisproblemen. De materiaaleigenschappen van de zachte sensor kunnen veranderen tussen herhaalde aanrakingen, wat de betrouwbaarheid van de gegevens beïnvloedt. Dit maakt het een uitdaging om elke keer nauwkeurige uitlezingen te krijgen, waardoor de mogelijke toepassingen van de sensoren worden beperkt.

De doorbraak van het NUS-team is de uitvinding van een materiaal met een hoge gevoeligheid, maar met bijna hysteresevrije prestaties. Ze ontwikkelden een proces om dunne metaalfilms te kraken tot gewenste ringvormige patronen op een flexibel materiaal genaamd polydimethylsiloxaan (PDMS).

Het team integreerde deze metaal/PDMS-film met elektroden en substraten voor een piëzoresistieve sensor en karakteriseerde de prestaties ervan. Ze voerden herhaalde mechanische tests uit en verifieerden dat hun ontwerpinnovatie de sensorprestaties verbeterde. Hun uitvinding, genaamd Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin, of TRACE, is vijf keer beter dan conventionele zachte materialen.

“Met ons unieke ontwerp waren we in staat om een ​​aanzienlijk verbeterde nauwkeurigheid en betrouwbaarheid te bereiken. De TRACE-sensor kan mogelijk worden gebruikt in robotica om oppervlaktetextuur waar te nemen of in draagbare apparaten voor gezondheidstechnologie, bijvoorbeeld om de bloedstroom in oppervlakkige slagaders te meten voor gezondheidsbewakingstoepassingen”, zegt universitair docent Benjamin Tee.

De volgende stap voor het NUS-team is om de conformeerbaarheid van hun materiaal voor verschillende draagbare toepassingen verder te verbeteren en om kunstmatige intelligentie (AI)-toepassingen te ontwikkelen op basis van de sensoren. "Ons langetermijndoel is om de cardiovasculaire gezondheid te voorspellen in de vorm van een kleine slimme pleister die op de menselijke huid wordt geplaatst. Deze TRACE-sensor is een stap voorwaarts in de richting van die realiteit, omdat de gegevens die hij kan vastleggen voor pulssnelheden nauwkeuriger zijn en ook kunnen worden uitgerust met machine learning-algoritmen om oppervlaktetexturen nauwkeuriger te voorspellen”, legt Tee uit.

Andere toepassingen die het NUS-team wil ontwikkelen, zijn onder meer toepassingen in protheses, waar een betrouwbare huidinterface een intelligentere reactie mogelijk maakt.