Drukowany w 3D czujnik auksetyczny napędza rozwój elektroniki ubieralnej i robotyki

Naukowcy z SEOULTECH opracowali nową platformę do detekcji dotyku, opartą na trójwymiarowych metamateriałach auksetycznych (AMM), która dzięki unikalnej strukturze i technologii druku 3D zapewnia wysoką czułość, stabilność i minimalizację zakłóceń. Rozwiązanie otwiera drogę do nowej generacji elektroniki ubieralnej, zaawansowanych protez oraz systemów interakcji człowiek–robot.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Opracowana platforma bazuje na trójwymiarowej strukturze sieci sześciennej z kulistymi pustkami, wytworzonej metodą druku 3D typu digital light processing (DLP). Wykorzystane metamateriały auksetyczne (AMM), charakteryzujące się ujemnym współczynnikiem Poissona, umożliwiają wewnętrzne kurczenie się i koncentrację naprężeń lokalnych pod wpływem ściskania. Dzięki tym właściwościom technologia pozwala znacząco poprawić działanie czujników dotykowych, zapewniając im wyższą czułość i stabilność.

Przełom opracowany na Seoul National University of Science and Technology (SEOULTECH) ma rozwiązywać dotychczasowe problemy związane z wytwarzaniem i integracją technologii AMM. Zastosowania obejmują m.in. czujniki dotykowe w robotyce, protezach, urządzeniach ubieralnych i systemach monitoringu zdrowia. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Advanced Functional Materials.

Zasada działania

Zespół badawczy wykorzystał drukowane w 3D metamateriały auksetyczne w dwóch trybach pracy: pojemnościowym i piezorezystywnym.

  • W trybie pojemnościowym czujnik reaguje na nacisk poprzez zmianę odległości elektrod i modulację rozkładu dielektryka.
  • W trybie piezorezystywnym zastosowano konformalną powłokę z nanorurek węglowych, których rezystancja zmienia się pod obciążeniem.


Mingyu Kang, pierwszy autor i kierownik badań, wyjaśnia:

- Wykorzystane w naszej technologii zjawisko ujemnego współczynnika Poissona powoduje kurczenie się struktury pod naciskiem i koncentrację naprężeń w obszarze czujnika, co zwiększa jego czułość. Nasz projekt auksetyczny dodatkowo wzmacnia działanie sensora w trzech kluczowych aspektach: zwiększeniu czułości dzięki lokalnej koncentracji naprężeń, zapewnieniu wyjątkowej stabilności pracy w strukturach zamkniętych oraz minimalizacji zakłóceń pomiędzy sąsiadującymi jednostkami pomiarowymi.

W przeciwieństwie do konwencjonalnych struktur porowatych, zastosowane rozwiązanie ogranicza rozszerzanie boczne, co poprawia komfort noszenia i zmniejsza zakłócenia podczas integracji z urządzeniami, np. inteligentnymi wkładkami do butów czy chwytakami robotycznymi. Technologia druku 3D metodą DLP umożliwia precyzyjne zaprogramowanie parametrów strukturalnych czujnika i dostosowanie jego właściwości geometrycznych bez zmiany materiału bazowego.

Przykłady zastosowań

Badacze przedstawili dwa scenariusze demonstracyjne: matrycę czujników dotykowych do mapowania rozkładu nacisku i klasyfikacji obiektów oraz system wkładek ubieralnych do monitorowania wzorca chodu i wykrywania rodzaju pronacji.

Dr Soonjae Pyo, profesor nadzwyczajny na Wydziale Inżynierii Projektowania Systemów Mechanicznych SEOULTECH, dodaje:

- Proponowana platforma czujnikowa może być integrowana z inteligentnymi wkładkami do monitorowania chodu i analizy pronacji, z robotycznymi chwytakami do precyzyjnej manipulacji obiektami, a także z systemami ubieralnymi do monitorowania zdrowia, które muszą być komfortowe i nie zakłócać codziennej aktywności. Co istotne, struktura auksetyczna zachowuje swoją czułość i stabilność nawet w zamkniętych obudowach, takich jak warstwy wkładek, gdzie typowe struktury porowate tracą wydajność.

Zespół podkreśla również, że skalowalność i kompatybilność rozwiązania z różnymi trybami transdukcji czyni je odpowiednim do stosowania w powierzchniach mapujących nacisk, urządzeniach rehabilitacyjnych oraz interfejsach człowiek–robot wymagających wysokiej czułości i odporności mechanicznej.

Perspektywy rozwoju

W nadchodzącej dekadzie czujniki dotykowe oparte na strukturach auksetycznych i druku 3D mogą stać się podstawą elektroniki ubieralnej nowej generacji. Umożliwią one ciągłe, wysokiej jakości monitorowanie ruchów, postawy i parametrów zdrowotnych człowieka.

Dzięki adaptacyjności strukturalnej i niezależności od materiału możliwe będzie tworzenie czujników dopasowanych do indywidualnych potrzeb – od medycyny spersonalizowanej, przez zaawansowane protezy, po systemy immersyjnej informacji zwrotnej haptycznej. Wraz z dalszym upowszechnieniem technologii druku addytywnego standardem mogą się stać masowo personalizowane interfejsy dotykowe o zaprogramowanej wydajności w produktach konsumenckich, opiece zdrowotnej i robotyce.

Źródło: The Engineer

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Rynek czujników obrazu CMOS przekroczy 30 mld USD do 2030 roku – mobilność, motoryzacja i bezpieczeństwo napędzają wzrost
Światłowody zamienią się w czujniki: rewolucyjny system monitoringu mostów i tuneli
Dotykowe czujniki indukcyjne - nowy wymiar interfejsu HMI
Wybór czujnika temperatury - rozważania projektanta
Montaż czujników dymu i tlenku węgla jest już obowiązkowy
Najnowocześniejsze przetwornice DC-DC i czujniki MEMS
Zobacz więcej w kategorii: Gospodarka
Projektowanie i badania
10 lat TME Edukacja: dekada wspierania edukacji technicznej na świecie
Zasilanie
Targi Energetab – podsumowanie
Komponenty
PPWR zmienia branżę e-commerce w Europie
Produkcja elektroniki
Nowa generacja chipów dla AI. Applied Materials i Intel zacieśniają współpracę
Zasilanie
Infineon sfinalizował przejęcie C2i Semiconductors. Wzmocni rozwiązania zasilania dla centrów danych AI
Elektromechanika
Więcej zaawansowanych i wytrzymałych rozwiązań połączeniowych - Farnell nawiązuje współpracę z Amphenol Nexus Technologies
Zobacz więcej z tagiem: Pomiary
Opinie
Lokalizacja bez GPS-a coraz bardziej potrzebna
Wywiady
Laboratoria RCS i pomiary sygnatur radarowych: miniwywiad - Łukasz Wilk, Albatross Projects
Prezentacje firmowe
WAVE-TEST: od mierników pól elektromagnetycznych po analizatory RF

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów