Texas-ingenieurs leveren doorbraak zachte druksensor, elimineren gevoeligheidsproblemen in draagbare apparaten

Medische sensortechnologie heeft de afgelopen jaren grote sprongen gemaakt, met de ontwikkeling van draagbare apparaten die pols, hersenfunctie, biomarkers in zweet en meer kunnen meten. Er is echter één groot probleem met bestaande draagbare druksensoren: zelfs de minste hoeveelheid druk, zo licht als een strak lang mouw over een sensor, kan ze de weg wijzen.

Texas-ingenieurs hebben dit probleem opgelost, dat het vakgebied al jaren bezighoudt. En ze deden het door een eerste hybride sensorbenadering te introduceren die het apparaat de eigenschappen geeft van de twee belangrijkste sensortypen die vandaag de dag in gebruik zijn.

"Het veld van flexibele druksensoren is extremelijk drukbezet, en na twee decennia hebben we een knelpunt bereikt omdat niemand de afweging tussen druk en gevoeligheid kon oplossen," zegt Nanshu Lu, associate professor in de afdeling Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek en Technische Mechanica. "Dit is de eerste sensor die in staat is een nieuwe hybride modus te benutten om druk weer te staan zonder een significante afname in gevoeligheid."

Zachte druksensoren bestaan tegenwoordig doorgaans uit drie lagen — een deformeerbare sensoraflage tussen een paar elektroden ingeslagen. Deze sensoren vallen meestal in één van twee categorieën: piezo-capacitieve en piezo-resistieve.

Lu's team gebruikte een elektrisch geleidende en uiterst poreuze nanocomposiet als sensoraflage en voegde een extra isolerende laag toe aan de sensor, wat hem de mogelijkheden van beide sensortypen gaf. Deze nieuwe hybride sensing is wat het toestaat om druk beter te weerstaan.

"Zolang we externe druk uitoefenen, daalt de gevoeligheid, maar blijft nog steeds op een par met andere sensoren bij nul druk," aldus Lu.

Lu is al lang een pionier in dit sensorveld, voornamelijk door haar elektronische tatoeage-technologie — een reeks apparaten die zo licht en rekbaar zijn dat ze over het hart, de hersenen of de spieren kunnen worden geplaatst voor langere perioden met weinig tot geen ongemak.

Nu werkt ze aan manieren om het sensormateriaal om vrijwel elk object te laten wikkelen en het de gevoeligheid van menselijke huid te geven. De meest voor de hand liggende toepassing is het omwikkelen van robotische handen en vingers om hen de mogelijkheid te geven om objecten te herkennen door ze aan te raken. Maar er zijn nog veel meer mogelijkheden. "De toepassingen kunnen onbeperkt zijn," zegt Lu. "Rekbare, e-huid kan om vrijwel elk object worden gewikkeld."