Visits: 32
– Os pesquisadores do KAIST desenvolveram um novo sensor de deformação vestível baseado na modulação da transmitância óptica de um elastômero incorporado ao nanotubo de carbono (CNT).
Cortesia KAIST: O sensor é capaz de medir sensível, estável e continuamente os sinais físicos. Essa tecnologia, apresentada na edição de 4 de março da ACS Applied Materials & Interfaces como um artigo de capa, mostra um grande potencial para a detecção de movimentos humanos sutis e o monitoramento em tempo real das posturas corporais para aplicações em saúde.
Um sensor de deformação vestível deve ter alta sensibilidade, flexibilidade e elasticidade, além de baixo custo. Os usados especialmente para o monitoramento da saúde também devem estar vinculados ao desempenho sólido a longo prazo e ser ambientalmente estáveis. Vários sensores de deformação extensíveis, baseados nos princípios piezo-resistivos e capacitivos, foram desenvolvidos para atender a todos esses requisitos.
Sensores de deformação piezo-resistivos convencionais que utilizam nanomateriais funcionais, incluindo CNTs como exemplo mais comum, mostraram alta sensibilidade e ótimo desempenho de detecção. No entanto, eles sofrem de baixa estabilidade e linearidade a longo prazo, além de considerável histerese do sinal.
Como alternativa, sensores de deformação piezo-capacitivos com melhor estabilidade, menor histerese e maior elasticidade foram sugeridos. Porém, devido ao fato de os sensores de tensão piezo-capacitivos exibirem sensibilidade limitada e forte interferência eletromagnética causada pelos objetos condutores no ambiente circundante, esses sensores de tensão esticáveis convencionais ainda enfrentam limitações que ainda precisam ser resolvidas.
Uma equipe de pesquisa do KAIST, liderada pelo professor Inkyu Park, do Departamento de Engenharia Mecânica, sugeriu que um sensor de deformação extensível do tipo óptico pode ser uma boa alternativa para resolver as limitações dos sensores de deformação piezo-resistivos e piezo-capacitivos convencionais, porque eles têm alta estabilidade e são menos afetados por distúrbios ambientais. A equipe então introduziu um sensor óptico de deformação vestível com base nas alterações da transmitância de luz de um elastômero incorporado ao CNT, que aborda ainda mais o problema de baixa sensibilidade dos sensores de tensão ópticos elásticos convencionais.
Para alcançar uma ampla faixa dinâmica para o sensor, o professor Park e seus pesquisadores escolheram o Ecoflex como um substrato elastomérico com boa durabilidade mecânica, flexibilidade e capacidade de adaptação à pele humana, e o novo sensor óptico de deformação vestível desenvolvido pelo grupo de pesquisa mostra realmente uma ampla faixa dinâmica de 0 a 400%.
Além disso, os pesquisadores propagaram as microfissuras sob tensão de tração no filme de CNTs de paredes múltiplas embutidas no substrato Ecoflex, alterando a transmitância óptica do filme. Ao fazer isso, foi possível que eles desenvolvessem um sensor de deformação vestível com uma sensibilidade 10 vezes maior do que os sensores de deformação óptica extensíveis ópticos convencionais.
O sensor proposto também passou no teste de durabilidade com excelentes resultados. A resposta do sensor após 13.000 conjuntos de carregamento cíclico foi estável sem qualquer desvio perceptível. Isso sugere que a resposta do sensor pode ser usada sem degradação, mesmo que o sensor seja usado repetidamente por um longo tempo e em várias condições ambientais.
Usando o sensor desenvolvido, a equipe de pesquisa pôde medir o movimento de flexão do dedo e o usou para o controle do robô. Eles também desenvolveram um conjunto de sensores de três eixos para monitoramento da postura corporal. O sensor foi capaz de monitorar os movimentos humanos com pequenas deformações, como um pulso próximo à artéria carótida e o movimento muscular ao redor da boca durante a pronúncia.
O professor Park disse: “Neste estudo, nosso grupo desenvolveu uma nova plataforma de sensores de deformação que supera muitas limitações dos sensores de tensão elástica resistivos, capacitivos e ópticos desenvolvidos anteriormente. Nosso sensor pode ser amplamente utilizado em uma variedade de campos, incluindo robótica suave, eletrônica vestível, pele elétrica, assistência médica e até entretenimento. ”
Este trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Pesquisa (NRF) da Coréia.
Publicação: Jimin Gu, Donguk Kwon, Junseong Ahn e Inkyu Park. (2020) “Sensores de deformação vestíveis usando alteração da transmitância da luz de elastômeros embutidos em nanotubos de carbono com microfissuras” Materiais e interfaces aplicados pela ACS. Volume 12. Edição 9. Disponível online em https://doi.org/10.1021/acsami.9b18069
Laboratório de Micro / Nano Transdutores (MINT Lab) Departamento de Engenharia Mecânica (ME)
Instituto Avançado de Ciência e Tecnologia da Coréia (KAIST)
Perfil:
Inkyu Park Jimin Gu
Professor Ph.D. Candidato
inkyu@kaist.ac.kr mint9411@kaist.ac.kr
http://mintlab1.kaist.ac.kr MINT Lab KAIST ME
Artigo relacionado: MIT – Misture e combine materiais para novos eletrônicos flexíveis e vestíveis avançados