El sensor autoalimentado se puede integrar en robots blandos, ropa inteligente – ScienceDaily
La próxima generación de robótica blanda, ropa inteligente y dispositivos médicos biocompatibles necesitará sensores blandos integrados que puedan estirarse y girar con el dispositivo o el usuario. El desafío: la mayoría de los componentes utilizados en la topografía tradicional son rígidos.
Ahora, investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado un termómetro suave, estirable y autoamplificado que se puede integrar en dispositivos electrónicos estirables y robots blandos.
«Hemos desarrollado sensores de temperatura suaves con alta sensibilidad y tiempos de respuesta rápidos, lo que abre nuevas posibilidades para crear nuevas interfaces hombre-máquina y robots suaves en el cuidado de la salud, la ingeniería y el entretenimiento», dijo Zhigang Suo, profesor de Allen E. y Marilyn M. Puckett de Mecánica y Materiales en SEAS y autor principal del artículo.
La investigación se publica en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.
El termómetro se compone de tres partes simples: un electrolito, un electrodo y un material dieléctrico para separar los dos. La interfase electrolito/dieléctrico acumula iones mientras que la interfase dieléctrico/electrodo acumula electrones. El desequilibrio de carga entre los dos crea una nube de iones en el electrolito. A medida que cambia la temperatura, la nube de iones cambia de grosor y se genera un voltaje. La tensión es sensible a la temperatura, pero insensible al estiramiento.
«Debido a que el diseño es tan simple, hay muchas formas diferentes de personalizar el sensor, según la aplicación», dijo Yecheng Wang, becario postdoctoral en SEAS y primer autor del artículo. «Puede elegir diferentes materiales, dispuestos de diferentes maneras y optimizados para diferentes tareas».
Al disponer el electrolito, el dieléctrico y el electrodo en diferentes configuraciones, los investigadores desarrollaron cuatro diseños para el sensor de temperatura. En una prueba, integraron el sensor en un calibrador suave y midieron la temperatura de un huevo duro caliente. Los sensores son más sensibles que los termómetros termoeléctricos tradicionales y pueden responder a los cambios de temperatura en aproximadamente 10 milisegundos.
«Hemos demostrado que estos sensores pueden hacerse pequeños, estables e incluso transparentes», dijo Wang.
Dependiendo de los materiales utilizados, el termómetro puede medir temperaturas tan bajas como 200 grados centígrados o tan bajas como -100 grados centígrados.
«Esta plataforma altamente personalizable podría marcar el comienzo de nuevos desarrollos para habilitar y mejorar Internet para todos y todas», dijo Suo.
Los coautores de la investigación fueron Kun Jia, Shuwen Zhang, Hyeong Jun Kim, Yang Bai y Ryan C. Hayward. La investigación fue apoyada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias a través del Centro de Ingeniería y Ciencia de Investigación de Materiales de la Universidad de Harvard bajo la subvención DMR2011754.
Video termómetro extensible: https://youtu.be/AJN6OTZAe14