Биометрический тензодатчик

Автор: · Дата: 13 Август 2012 · Пока нет комментариев

Тензодатчик «Электронная кожа»

В серии демонстраций, опубликованных в американском журнале «Nature Materials», ученые Многомасштабной лаборатории биометрии Сеульского национального университета (Южная Коррея)* представили тензочувствительную мембрану, способную различить падение капли воды, пульс человека на запястье и даже легкий шорох, вызванный движением божьей коровки вдоль датчика. Верные своим «биометрическим» убеждениям, ученые при разработке сенсора снова черпали вдохновение у природы. Прародителем разработанного тензодатчика служили чувствительные элементы, расположенные во внутреннем ухе, кишечнике и почках — волоски наноскопических размеров, которые преобразуют в электрические сигналы трение друг о друга, вызванное прогибанием, колебанием и искривлением мембраны — основания. Вдохновленные механизмом блокировки крыльев жука, они добавили в датчик возможность самосборки.

Сенсор представляет собой два полиуритан-акриловых листа. Листы размером 9*13 см сформированы густыми рядами крохотных полимерных волосков 100 нм  диаметром  и 1000 нм высотой. Каждый волосок покрыт слоем платины толщиной в 20 нм, а также закреплен на базальной мембране (полидиметилсилоксан служит для повышения проводимости).

Два реснитчатых слоя сцеплены друг с другом, как два кусочка липучки: нижние волокна верхнего слоя сцеплены с верхними нижнего. Однако вместо чисто механических связей листы удерживают вместе силы Ван дер Ваальсового притягивания. Такой «нановолоконный бутерброд» проводит электрический ток через слои, а сопротивление изменяется вместе с полной площадью контакта между сцепленными волосками. Касание, нажатие и искривление мембраны приводит к трению и сгибанию нановолосков, а изменение электрического тока указывает на природу происходящего. Кроме того, ортогональное давление, боковое смещение и перекручивание производят различные отклики тока, что дает возможность прибору дифференцировать такие споспобы воздействия, как трение, нажатие и скручивание.

Калибровочный коэффициент датчика — изменение сопротивления в ответ на изменения воздействия — около 11,5 для прямого давления, 0,75 для смещения и 8,53 в ответ на скручивание. Для сравнения, калибровочный коэффициент тензодатчика на основе графеновой пленки составляет примерно 6,1, а традиционного датчика из металлической фольги — около 2,0. (Отметим, что такие датчики способны улавливать воздействие лишь в одном направлении). Для того, чтобы детектировать давление, сдвиг и скручивание они должны быть особым образом изготовленыс выделением сенсоров для каждого направления воздействия.

В итоге, как сказали исследователи, нано-сцепленный механизм не требует сложной интегральной сборки наноматериалов или слоистых матриц и, тем самым, позволяет получить простую, дешевую, но надежную платформу для создания высококачественных тензодатчиков большой площади.

* Seoul National University’s Multiscale Biomimetic Systems Laboratory

Photo: Changhyun Pang / Seoul National University 

Ссылка на первоисточник:

http://spectrum.ieee.org/tech-talk/at-work/test-and-measurement/cheap-pressuresensing-electronic-skin- 

Популярность: 25%

Рубрика: Новости, Технологии ·  



Оставить комментарий или два

Пожалуйста, зарегистрируйтесь для комментирования.