Sølv nanotrådssensorer lover for proteser, robotteknologi

(Phys.org) – Forskere fra North Carolina State University har brugt sølv nanotråde til at udvikle bærbare, multifunktionelle sensorer, der kan bruges i biomedicinske, militære eller atletiske applikationer, herunder nye proteser, robotsystemer og fleksible berøringspaneler. Sensorerne kan måle belastning, tryk, menneskelig berøring og bioelektroniske signaler såsom elektrokardiogrammer.

"Teknologien er baseret på enten fysisk deformation eller "fringing" elektriske feltændringer. Sidstnævnte minder meget om den mekanisme, der bruges i smartphone-touchskærme, men de sensorer, vi har udviklet, er strækbare og kan monteres på en række krumlinjede overflader, såsom menneskelig hud, " siger Shanshan Yao, en ph.d. studerende ved NC State og hovedforfatter på et papir om arbejdet.

"Disse sensorer kan bruges til at hjælpe med at udvikle proteser, der reagerer på en brugers bevægelser og giver feedback, når de er i brug, " siger Dr. Yong Zhu, en lektor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State og seniorforfatter af papiret. "De kunne også bruges til at skabe robotter, der kan 'føle' deres omgivelser, eller sensorerne kunne inkorporeres i tøj for at spore bevægelse eller overvåge en persons fysiske helbred."

Forskerne byggede videre på Zhus tidligere arbejde med at skabe stærkt ledende og elastiske ledere lavet af sølv nanotråde. Specifikt, forskerne klemte et isolerende materiale mellem to af de strækbare ledere. De to lag har så evnen - kaldet "kapacitans" - til at lagre elektriske ladninger. skubber, at trække eller røre ved de strækbare ledere ændrer kapacitansen. Sensorerne arbejder ved at måle den ændring i kapacitans.

"Det er enkelt og billigt at skabe disse sensorer, " siger Yao. "Og vi har allerede demonstreret sensorerne i flere prototypeapplikationer."

For eksempel, forskerne brugte disse sensorer til at overvåge tommelfingerens bevægelse, som kan være nyttige til styring af robot- eller proteseanordninger. Forskerne demonstrerede også en applikation til at overvåge knæbevægelser, mens en testperson løber, gå og hoppe.

"Deformationen involveret i disse bevægelser er stor, og ville ødelægge en masse andre sensorenheder, " siger Zhu. "Men vores sensorer kan strækkes til 150 procent eller mere af deres oprindelige længde uden at miste funktionalitet, så de kan klare det."

Forskerne udviklede også en række sensorer, der kan kortlægge trykfordelingen, hvilket er vigtigt til brug i robotteknologi og proteseapplikationer. Sensorerne udviser en hurtig responstid - 40 millisekunder - så belastning og tryk kan overvåges i realtid.