Den følsomme belastningssensor, der kan registrere vægten af ​​en fjer

Fysikere har skabt den mest følsomme belastningssensor, der nogensinde er lavet, i stand til at registrere en fjers berøring.

Sensoren, udviklet af Materials Physics Group ved University of Sussex, kan strække op til 80 gange højere belastning end belastningsmålere i øjeblikket på markedet og vise modstandsændringer 100 gange højere end de mest følsomme materialer i forskningsudvikling.

Forskergruppen mener, at sensorerne kan bringe nye følsomheder over for bærbar teknologi, der måler patienters vitale tegn og til systemer, der overvåger bygninger og broer strukturel integritet.

Marcus O'Mara, fra School of Mathematical and Physical Sciences ved University of Sussex, sagde:"" Den næste bølge af belastningsfølende teknologi bruger elastiske materialer som gummi gennemsyret af ledende materialer såsom grafen eller sølvnanopartikler, og har været under udvikling i over et årti nu.

"Vi mener, at disse sensorer er et stort skridt fremad. Sammenlignet med både lineære og ikke-lineære belastningssensorer, der refereres til i den videnskabelige litteratur, vores sensorer udviser den største absolutte ændring i modstand, der nogensinde er rapporteret. "

Alan Dalton, Professor i eksperimentel fysik ved University of Sussex, sagde:"Denne lovende teknologi kan vise sig særlig nyttig inden for etablerede områder såsom sundhedspleje, overvågning af sportspræstationer og hurtigt voksende felter såsom blød robotik.

"Vores forskning har udviklet sig billigt, skalerbare sundhedsovervågningsenheder, der kan kalibreres til at måle alt fra menneskelig ledbevægelse til vital overvågning. Flere enheder kan bruges på tværs af en patients krop, forbundet trådløst og kommunikerer sammen for at give et live, mobil sundhedsdiagnostik til en brøkdel af de nuværende omkostninger. "

Det nye papir, offentliggjort i tidsskriftet Avancerede funktionelle materialer , beskriver processen med at inkorporere store mængder grafen -nanosheets i en PDMS -matrix i en struktureret, kontrollerbar måde, der resulterer i fremragende elektromekaniske egenskaber.

Forfatterne siger, at metoden har potentiale til at blive udvidet til en lang række todimensionale lagdelte materialer og polymermatricer. Sensorerne leverer stærkt forbedret ledningsevne ved alle målte belastningsniveauer uden tilsyneladende perkolationstærskel.

Kommercielle måleenheder lider af relativt lav følsomhed og belastningsinterval, med målefaktorer fra 2-5 og maksimale stammer på 5% stamme eller mindre hvilket resulterer i, at modstanden stiger med mindre end 25% og forhindrer høj belastningssensering, der kræves til kropslig bevægelsesovervågning.

De nye sensorer er i stand til at registrere stammer mindre end 0,1%, på grund af deres højere gauge -faktor på ~ 20, og op til 80% belastning, hvor det eksponentielle svar fører til, at modstanden ændres med en faktor på mere end en million.

Dette tillader både højfølsomhed, lav belastningsføling til pulsovervågning og måling af høj belastning af brystbevægelse og ledbøjning som følge af ændringen i rekordmodstanden.

Dr. Sean Ogilvie, Forsker i materialefysik ved University of Sussex, sagde:"Kommercielle belastningssensorer, typisk baseret på metalfoliemålere, favoriserer nøjagtighed og pålidelighed frem for følsomhed og belastningsinterval. Nanokompositter er attraktive kandidater til næste generations belastningssensorer på grund af deres elasticitet, men udbredt anvendelse af industrien er blevet hæmmet af ikke-lineære effekter såsom hysterese og krybning på grund af væskelignende natur af polymerer på nanoskalaen, hvilket gør nøjagtige, gentagelige belastningsaflæsninger en løbende udfordring.

"Vores sensorer slår sig ned i en gentagen, forudsigeligt mønster, hvilket betyder, at vi stadig kan udtrække en nøjagtig udlæsning af belastning på trods af disse effekter. "

Arbejdet blev muliggjort med støtte fra det amerikanske baserede gummiselskab Alliance.

Jason Risner, V.P. of Sales &Marketing hos Alliance, sagde:"Alliance har en lang innovationshistorie, og det er afgørende for os at spille en aktiv rolle i førende gummiteknologi, der bruger et forstyrrende nanomateriale som grafen. Det er kritisk, at vi samarbejder med videnskabelige ledere som professor Alan Dalton ved universitetet af Sussex.

"Vi er begejstrede for at se de produkter, der potentielt kan komme ud af vores partnerskab. Graphene er et forbløffende materiale, der kan revolutionere vores liv. Vores virksomhed er stolt over at være på forkant med noget så nyt."