Ennätysherkkä venymäanturi

Sussexin yliopiston materiaalifysiikan ryhmän kehittämää anturia voidaan venyttää jopa 80-kertaisesti suurempaan rasitukseen kuin tällä hetkellä markkinoilla olevia venymäantureita ja sen resistanssimuutokset voivat olla 100 kertaa suurempia kuin tutkimuskehityksen herkimmät materiaalit.

Tutkimusryhmän mielestä anturit voisivat tuoda uusia herkkyysasteita käytettävälle tekniikalle, joka mittaa potilaiden elintoimintoja ja järjestelmiin, jotka seuraavat rakennusten ja siltojen rakenteellista eheyttä.

Sussexin Marcus O'Mara sanoi: ”Seuraava venymäanturien teknologia-aalto käyttää joustavia materiaaleja, kuten kumia, joka on täynnä johtavia materiaaleja, kuten grafeeni- tai hopeananohiukkasia ja sellainen on ollut kehitystyön alle jo yli kymmenen vuoden ajan.

”Uskomme, että nämä anturit ovat iso askel eteenpäin. Verrattuna sekä lineaarisiin että epälineaarisiin venymäantureihin, joihin on viitattu tieteellisessä kirjallisuudessa, anturimme osoittaa suurinta resistanssin absoluuttista muutosta, jollaista on koskaan raportoitu."

Kokeellisen fysiikan professori Alan Dalton kommentoi: ”Tämä lupaava tekniikka voi osoittautua erityisen hyödylliseksi vakiintuneilla aloilla, kuten terveydenhuolto, urheilun suorituskyvyn seuranta ja nopeasti kasvavilla aloilla, kuten pehmeä robotiikka.

”Tutkimuksemme on kehittänyt halpoja, skaalautuvia terveydentilan seurantalaitteita, jotka voidaan kalibroida mittaamaan kaikkea ihmisen nivelliikkeestä eläinrajojen seurantaan. Potilaan kehossa voidaan käyttää useita laitteita, liittää langattomasti ja olla yhteydessä toisiinsa elävän, liikkuvan terveysdiagnostiikan tarjoamiseksi murto-osalla nykyisistä kustannuksista. "

Tutkimuspaperissa kuvataan yksityiskohtaisesti prosessi, jolla suuria määriä grafeeninanoarkkeja sisällytetään PDMS-matriisiin rakenteellisella ja hallittavalla tavalla.

Nykyiset kaupalliset mitta-anturit kärsivät suhteellisen heikosta herkkyydestä ja pienestä venymäalueesta jolloin mittarikerroin voi vaihdella välillä 2 - 5 ja maksimivenymät ovat enintään 5 prosenttia. Tämä kaikki johtaa resistanssin muutokseen alle 25 prosentilla ja estää kehon liikkeille vaadittavan vahvan seurantarasituksen tunnistamisen.

Uudet anturit kykenevät havaitsemaan alle 0,1 prosentin rasituksia johtuen niiden paremmista ~ 20 mittakertoimesta ja jopa 80 prosentin venymästä, jolloin eksponentiaalinen vaste johtaa siihen, että resistanssi muuttuu kertoimella yli miljoona.

Materiaalifysiikan tutkija Tri Sean Ogilvie kertoo: ”Kaupalliset venymäanturit, jotka perustuvat tyypillisesti metallifolioantureihin, suosivat tarkkuutta ja luotettavuutta herkkyyden ja venymäalueen yli. Nanokomposiitit ovat houkuttelevia ehdokkaita seuraavan sukupolven venymäantureille joustavuutensa vuoksi mutta teollisuuden laaja-alaista hyväksymistä ovat vaikeuttaneet epälineaariset vaikutukset, kuten hystereesi ja viruminen, johtuen nanomittakaavan polymeerien nestemäisestä luonteesta, mikä tekee tarkoista, toistettavista venymien lukemisesta jatkuvan haasteen.

"Anturimme asettuvat toistuvaan, ennustettavaan kuvioon, mikä tarkoittaa, että voimme silti saada tarkan venymän lukeman näistä vaikutuksista huolimatta."

Aiheesta aiemmin: Antureita printtaamalla