Blød tryksensor gennembrud løser felternes mest udfordrende flaskehals

Medicinsk sensorteknologi har taget store fremskridt i de seneste år, med udviklingen af ​​bærbare enheder, der kan spore puls, hjernens funktion, biomarkører i sved og mere. Imidlertid, der er et stort problem med eksisterende bærbare tryksensorer:Selv den mindste mængde tryk, noget så let som en stram langærmet skjorte over en sensor, kan smide dem af sporet.

Texas ingeniører har løst dette problem, som har generet feltet i årevis nu. Og de gjorde det ved at innovere en første hybrid-sensing-tilgang nogensinde, der gør det muligt for enheden at besidde egenskaber af de to fremherskende typer sensorer, der bruges i dag.

"Området med fleksible tryksensorer er ekstremt overfyldt, og efter to årtier ramte vi en flaskehals, fordi ingen kunne løse afvejningen mellem tryk og følsomhed, " sagde Nanshu Lu, en lektor ved Institut for Luftfartsteknik og Mekanik og den tilsvarende forfatter til den nye forskning offentliggjort i dag i Avancerede materialer . "Dette er den første sensor, der kan udnytte en ny hybridtilstand til at modstå tryk uden et væsentligt fald i følsomheden."

Bløde tryksensorer i dag er generelt lavet af tre lag - et deformerbart følelag, der er klemt ind mellem et par elektroder. Disse sensorer falder generelt i en af ​​to kategorier - piezo-kapacitive og piezo-resistive.

Lus team brugte en elektrisk ledende og meget porøs nanokomposit som detektionslag og tilføjede et ekstra isolerende lag til sensoren, hvilket gav den mulighed for begge typer sensorer. Denne nye hybridføling er det, der gør det muligt for den bedre at modstå tryk.

Typiske sensorer oplever et 10-dobbelt fald i følsomhed, når de oplever et tryk ud over en lille berøring. Denne sensor, påført en testpersons pande, var i stand til at modstå presset fra et tætsiddende virtual reality-headset oven på det med kun et minimalt tab i følsomhed. Tryk kan ikke kun forårsage et tab af nøjagtighed i mange sensorer, men det kan sløve evnen til overhovedet at levere en læsning.

"Når vi udøver eksternt pres, følsomheden falder, men er stadig på niveau med andre sensorer ved nul tryk, " sagde Lu, som også har ansættelser i Institut for Elektro- og Computerteknik, Walker Department of Mechanical Engineering, Institut for Biomedicinsk Teknik og UT Austins Texas Materials Institute.

Lu har længe været en pioner inden for dette sansefelt, primært gennem hendes elektroniske tatoveringsteknologi - en række enheder, der er så lette og strækbare, at de kan placeres over hjertet, hjernen, eller musklen i længere perioder med lidt eller intet ubehag.

Men, Lu har endnu større visioner for disse sensorer og e-tatoveringer. Hun arbejder på måder, hvorpå sensormaterialet kan vikles rundt om næsten enhver genstand og give det følsomheden som menneskelig hud. Den mest oplagte applikation er at vikle den rundt om robothænder og fingre for at give dem mulighed for at genkende objekter ved at røre ved dem. Men der er mange andre ting, det kan gøre.

"Ansøgningerne kan være ubegrænsede, " sagde Lu. "Strækbar, e-skin kunne vikles rundt om næsten enhver genstand."