Sensor táctil autoalimentado con «un puerto» para wearables

Sensor táctil autoalimentado con «un puerto» para wearables


06 mayo 2022

(Proyector de Nanowerk) Durante las últimas décadas, los investigadores han desarrollado una amplia gama de sensores táctiles que forman la plataforma básica de un sistema sensorial artificial para la fabricación de pieles robóticas, prótesis, dispositivos hápticos y dispositivos portátiles o implantables.

Los ejemplos son un sensor de grafeno táctil flexible de alta sensibilidad que imita la huella dactilar humana, una piel robótica electrónica hecha de sensores táctiles recubiertos con aerosol, sensores táctiles de grafeno para dispositivos electrónicos portátiles o dispositivos de almacenamiento hápticos inspirados en la piel, por nombrar solo algunos.

«Se han estudiado intensamente varios problemas tecnológicos para fabricar sensores táctiles prácticos y se han logrado avances notables en las áreas de deformabilidad, peso ligero, sensibilidad y análisis de señales y retroalimentación de datos», dijo Jin Kon Kim, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang y director del Programa de Iniciativa de Investigación de Creatividad Nacional para Copolímeros de Bloque Inteligente en Corea, informa Nanowerk. «Sin embargo, el bajo consumo de energía y el diseño simple del dispositivo siguen siendo desafíos tecnológicos importantes».

Entre las posibles fuentes de energía para los sensores táctiles, los nanogeneradores triboeléctricos (TENG) y los nanogeneradores piezoeléctricos han demostrado la generación de señales autoalimentadas de alto potencial con un estímulo externo débil; y aunque parece prometedor, también ha mostrado desventajas significativas.

«En los sensores táctiles triboeléctricos demostrados anteriormente, cada píxel del sensor se conectaba por separado a la almohadilla de electrodos de un tablero de control», señala Kim. “Sin embargo, el uso de una gran cantidad de cables de conexión no es deseable en términos de simplicidad constructiva, ya que el sensor se implementará en partes del cuerpo tridimensionalmente deformables”.

Para abordar este problema, Kim y su grupo han desarrollado un sensor táctil autoalimentado con un «terminal único» que puede distinguir diferentes movimientos en un solo electrodo. Hicieron esto usando un polímero termoplástico que puede cambiar fácilmente la señal electrostática en un área seleccionada.

Informan sobre sus hallazgos. nano energía («Patrones UV triboeléctricos para una matriz de sensores táctiles unipolares portátiles para detectar el movimiento de contacto dinámico»).

El polímero termoplástico utilizado por los investigadores sufre un cambio estructural químico cuando se expone a la luz ultravioleta. Utilizando este material, fabricaron un dispositivo en el que la señal electrostática aumenta proporcionalmente al tiempo de exposición a los rayos UV.

Para crear su sensor, los investigadores incrustaron un electrodo inferior de escamas de plata estirable en un sustrato delgado de polidimetilsiloxano (PDMS). Luego recubrieron el sustrato con una película de BCP y lo irradiaron con luz ultravioleta (254 nm) a través de una máscara. Se aplicaron diferentes tiempos de exposición UV a través de las rendijas de la máscara para controlar el rendimiento triboeléctrico de las muestras. Debido a que la radiación UV no provocó ningún cambio topológico, la superficie de la película BCP era suave.

El espacio entre los patrones UV desempeñó un papel importante como barrera potencial entre el área irradiada con UV y el área no irradiada con UV, confinando las cargas triboeléctricas dentro de los patrones al evitar la difusión superficial de las cargas.

«Hemos fabricado con éxito un sensor táctil con patrón triboeléctrico (TPTS) que genera varias señales electrostáticas a través del patrón UV con un solo cableado en un solo electrodo», dice Kim. «Dado que este concepto puede simplificar diseños de circuitos complejos, sería una gran contribución a los sensores táctiles de gran área oa la piel artificial en el futuro». Esquema de una matriz de sensores táctiles con patrón triboeléctrico portátil Esquema de la matriz de sensores táctiles con patrón triboeléctrico portátil (TPTS). Los patrones se producen mediante irradiación UV sobre una película de copolímero de bloques termoplásticos. Solo se utiliza un puerto de señal para TPTS. Los movimientos táctiles dinámicos se pueden capturar cuando el TPTS se coloca en la palma de la mano. (Imagen cortesía de los investigadores)

Como demuestra el equipo en su trabajo, la matriz TPTS de estructura simple podría detectar la posición y la secuencia de los toques, la forma de tocar los objetos y los movimientos dinámicos (deslizamiento, rodadura) de un objeto.

Debido a que el método novedoso del equipo puede simplificar en gran medida el diseño del circuito del sensor táctil, se puede utilizar como una plataforma fundamental para la detección a gran escala en sistemas sensoriales artificiales como piel robótica, prótesis, dispositivos hápticos y dispositivos portátiles/implantables.

Aunque han verificado la confiabilidad de la señal TPTS y han reducido el ruido interno mediante la conexión a tierra, los investigadores aún tienen que eliminar por completo los artefactos de movimiento comunes a los sensores portátiles. La decodificación basada en inteligencia artificial, que se está desarrollando en los últimos años, será una candidata para solucionar este problema.

«Para que los sensores táctiles autoalimentados se comercialicen como dispositivos portátiles o sistemas sensoriales artificiales, es necesario introducir una versión miniaturizada de alta resolución del sensor táctil», concluye Kim. «Aunque nuestro TPTS resuelve los desafíos de diseño de circuitos, la fabricación de sensores TPTS miniaturizados de alta resolución sigue siendo un desafío». De
Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry: Nano-Society: Pushing the Boundaries of Technology, Nanotechnology: The Future is Tiny y Nanoengineering: The Skills and Tools Making Technology Invisible Copyright ©




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