Ultraempfindlicher, widerstandsfähiger Sensor für intelligente Textilien

Wenn die intelligenten Textilien der Zukunft überleben sollen, müssen ihre Komponenten belastbar sein. Forscher haben einen hochempfindlichen, elastischen Dehnungssensor entwickelt, der in Textilien und weiche Robotersysteme eingebettet werden kann.

Die Forscher schufen ein Design, das einem Slinky sehr ähnlich sieht und sich verhält – ein massiver Zylinder aus starrem Metall, der dehnbar wird, wenn er in eine Spiralform gemustert wird. Die Forscher begannen mit einem starren Grundmaterial – in diesem Fall Kohlefaser – und strukturierten es so, dass das Material dehnbar wird. Das Muster ist als Serpentinenmäander bekannt, weil seine scharfen Höhen und Tiefen dem Gleiten einer Schlange ähneln. Die gemusterten leitfähigen Kohlefasern werden dann zwischen zwei vorgespannte elastische Substrate eingelegt.

Die elektrische Gesamtleitfähigkeit des Sensors ändert sich, wenn die Kanten der gemusterten Kohlefaser sich nicht mehr berühren, ähnlich wie die einzelnen Spiralen eines Slinky sich nicht mehr berühren, wenn Sie an beiden Enden ziehen. Dieser Vorgang findet bereits bei geringer Belastung statt, was der Schlüssel zur hohen Empfindlichkeit des Sensors ist.

Im Gegensatz zu aktuellen hochempfindlichen dehnbaren Sensoren, die auf exotischen Materialien wie Silizium- oder Gold-Nanodrähten beruhen, erfordert dieser Sensor keine speziellen Herstellungstechniken oder sogar einen Reinraum. Es könnte unter Verwendung jedes leitfähigen Materials hergestellt werden. Die Forscher testeten die Belastbarkeit des Sensors, indem sie ihn mit einem Skalpell durchbohrten, ihn mit einem Hammer schlugen, ihn mit einem Auto überfuhren und ihn zehnmal in eine Waschmaschine warfen. Der Sensor hat jeden Test unbeschadet überstanden.

Um seine Empfindlichkeit zu demonstrieren, betteten die Forscher den Sensor in eine Armmanschette aus Stoff ein und baten einen Teilnehmer, verschiedene Gesten mit der Hand zu machen, darunter eine Faust, eine offene Handfläche und eine Kneifbewegung. Die Sensoren erkannten die kleinen Veränderungen im Unterarmmuskel des Probanden durch den Stoff und ein maschineller Lernalgorithmus konnte diese Gesten erfolgreich klassifizieren. Eine solche Hülle könnte in allen Bereichen eingesetzt werden, von Virtual-Reality-Simulationen und Sportbekleidung bis hin zur klinischen Diagnostik für neurodegenerative Erkrankungen wie die Parkinson-Krankheit.

Ein weiterer Aspekt, der die Technologie unterscheidet, sind die niedrigen Kosten der Materialien und Montageverfahren. Die Forscher untersuchen, wie der Sensor aufgrund der engen Schnittstelle zum menschlichen Körper, die er bietet, in Kleidung integriert werden kann. Der Sensor könnte den ganzen Tag über biomechanische und physiologische Messungen durchführen, was mit aktuellen Ansätzen nicht möglich ist.

Sehen Sie sich hier eine Demo des Sensors auf Tech Briefs TV an. Wenden Sie sich für weitere Informationen an Leah Burrows unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.; 617-496-1351.