Neuer flexibler und äußerst zuverlässiger Sensor

Echtzeit-Gesundheitsüberwachung und Sensorfähigkeiten von Robotern erfordern weiche Elektronik, aber eine Herausforderung bei der Verwendung solcher Materialien liegt in ihrer Zuverlässigkeit. Elastisch und biegsam zu sein, macht ihre Leistung weniger wiederholbar. Die Schwankung der Zuverlässigkeit wird als Hysterese bezeichnet. Geleitet von der Theorie der Kontaktmechanik entwickelte ein Forscherteam der NUS ein neues Sensormaterial mit deutlich geringerer Hysterese. Diese Fähigkeit ermöglicht eine genauere tragbare Gesundheitstechnologie und Robotersensorik.

Wenn weiche Materialien als Drucksensoren verwendet werden, sind sie normalerweise mit schwerwiegenden Hystereseproblemen konfrontiert. Die Materialeigenschaften des Softsensors können sich zwischen wiederholten Berührungen ändern, was die Zuverlässigkeit der Daten beeinträchtigt. Dies macht es schwierig, jedes Mal genaue Messwerte zu erhalten, was die möglichen Anwendungen der Sensoren einschränkt.

Der Durchbruch des NUS-Teams ist die Erfindung eines Materials mit hoher Empfindlichkeit, aber mit nahezu hysteresefreier Leistung. Sie entwickelten ein Verfahren, um dünne Metallschichten auf einem flexiblen Material namens Polydimethylsiloxan (PDMS) in gewünschte ringförmige Muster zu brechen.

Das Team integrierte diesen Metall-/PDMS-Film mit Elektroden und Substraten für einen piezoresistiven Sensor und charakterisierte seine Leistung. Sie führten wiederholte mechanische Tests durch und bestätigten, dass ihre Designinnovation die Sensorleistung verbesserte. Ihre Erfindung mit dem Namen Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin oder TRACE ist fünfmal besser als herkömmliche weiche Materialien.

„Mit unserem einzigartigen Design konnten wir eine deutlich verbesserte Genauigkeit und Zuverlässigkeit erreichen. Der TRACE-Sensor könnte möglicherweise in der Robotik zur Wahrnehmung von Oberflächentexturen oder in tragbaren Geräten der Gesundheitstechnologie eingesetzt werden, um beispielsweise den Blutfluss in oberflächlichen Arterien für Gesundheitsüberwachungsanwendungen zu messen“, sagte Assistenzprofessor Benjamin Tee.

Der nächste Schritt für das NUS-Team besteht darin, die Anpassungsfähigkeit seines Materials für verschiedene tragbare Anwendungen weiter zu verbessern und Anwendungen für künstliche Intelligenz (KI) auf der Grundlage der Sensoren zu entwickeln. „Unser langfristiges Ziel ist es, die kardiovaskuläre Gesundheit in Form eines winzigen intelligenten Pflasters vorherzusagen, das auf die menschliche Haut aufgebracht wird. Dieser TRACE-Sensor ist ein Schritt nach vorn in Richtung dieser Realität, da die Daten, die er für Pulsgeschwindigkeiten erfassen kann, genauer sind und auch mit maschinellen Lernalgorithmen ausgestattet werden können, um Oberflächentexturen genauer vorherzusagen“, erklärte Tee.

Andere Anwendungen, die das NUS-Team entwickeln möchte, umfassen Anwendungen in der Prothetik, wo eine zuverlässige Hautschnittstelle eine intelligentere Reaktion ermöglicht.