Naar een nieuw tijdperk van flexibele piezo-elektrische sensoren voor mensen en robots

AmsterdamOnderzoekers in Japan hebben een nieuwe flexibele sensor ontwikkeld die de bewegingen van zowel mensen als robots kan bijhouden. De belangrijkste innovatie is een nieuw materiaal, vervaardigd uit dunne vezels van polyvinylideenfluoride (PVDF) vermengd met dopamine. Dit nieuwe materiaal functioneert beter, is stabieler en is goedkoper dan de bestaande opties. Deze verbetering zou een grote vooruitgang kunnen betekenen voor de geneeskunde, de gezondheidszorg en de robotica.

Veel huidige sensoren zijn duur of missen gevoeligheid. Dit nieuwe ontwerp probeert deze problemen op te lossen door een productiemethode genaamd electrospinning te gebruiken. Deze methode produceert een sterk en gelijkmatig netwerk van PVDF-nanovezels. Daarna worden zeer fijne PVDF-nanovezels aan het netwerk toegevoegd.

Wat deze nieuwe sensor bijzonder maakt, is het volgende:

• Kosteneffectieve productie
• Hoge gevoeligheid
• Verbeterde stabiliteit

Het materiaal bezit nu een verbeterde betakristalstructuur, wat het piëzo-elektrische effect in PVDF-materialen versterkt en resulteert in een betere sensorprestatie. De onderzoekers voegden tijdens het elektrospinnen ook dopamine toe, wat een beschermende kern-schilstructuur creëerde.

Professor Ick Soo Kim van de Shinshu Universiteit ontdekte dat de PVDF/dopamine composietmembraansensoren uitstekend functioneerden. Deze sensoren konden krachten tussen 1,5 en 40 N meten en waren bijzonder gevoelig voor kleine krachten, met name tussen 0 en 4 N. Ze bleken ook langdurig bruikbaar te zijn.

Lees ook:

Vandaag · 07:03

Uruguays paarse schatten: geodevorming ontrafeld met nieuwe inzichten

Deze sensoren zijn getest als draagbare apparaten om menselijke bewegingen te meten. Ze waren in staat om acties te detecteren zoals:

• Vingertikken
• Buigen van knieën en ellebogen
• Voetstampen
• Spreken
• Polsbewegingen

Betaalbare massaproductie en milieuvriendelijke materialen kunnen een grote invloed hebben op technologie. Dit heeft gevolgen voor zowel gezondheidsmonitoring en diagnostiek als robotica.

Mensachtige robots, zoals Tesla's "Optimus," worden steeds geavanceerder. Ze kunnen menselijke bewegingen nabootsen en lopen zoals mensen. Momenteel worden hun bewegingen gevolgd door high-tech sensoren, maar binnenkort kunnen nieuwe piëzo-elektrische sensoren op basis van nanovezels deze taak overnemen. Deze nieuwe sensoren presteren beter en zijn goedkoper.

Het onderzoeksteam streeft ernaar om de elektrische opbrengst van het materiaal te vergroten om de sensoren praktischer te maken. Deze verbetering zou flexibele elektronische onderdelen zonder extra stroomvoorziening kunnen laten functioneren. Deze ontwikkeling kan de overgang naar meer automatisering en betere connectiviteit versnellen.

Dit nieuwe ontwerp van sensoren kan het leven comfortabeler en duurzamer maken. Deze verbeteringen in de sensortechnologie zijn van belang naarmate we geavanceerdere robots en draagbare elektronica steeds vaker in het dagelijks leven gebruiken.