Опис літератури, впорядкований за роком публікації

1990

Описується розробка, принцип роботи та результати використання ємнісного датчика тиску на кремнії, який поєднується зі спеціальним інтерфейсним схемотехнічним рішенням на основі КМОП-технології. Інтерфейсна схема призначена для підтримки стійкості до паразитних ефектів і виводить сигнал, пропорційний тиску. Датчик виготовляється за допомогою стандартної фотолітографії, мікрообробки методом KOH та анодно-скляного зварювання на рівні пластин. Розміри пристроїв становлять 2,2 х 3,5 х 0,8 мм, а ємність при нульовому тиску становить 10 пФ з можливістю зміни до 250% при зміні тиску. Інтерфейсний чіп призначений для усунення недоліків ємнісного перетворення, таких як чутливість до шумів, нелінійність вихідної характеристики та ефект паразитних ємностей. Чіп перетворює незначні зміни ємності в завадозахищений вихідний сигнал, а лінійність досягається за допомогою інверсії гіперболічної залежності ємності від тиску. Додаткова лінійність досягається за допомогою нової схеми підсилення. Можна досягти показників лінійності, чутливості та точності, необхідних для комерційного використання інтегрованих емнісних механічних датчиків тиску в різних промислових сферах, таких як автомобільна та медична промисловості, контроль якості повітря та рідин у виробничих процесах тощо.

1999

Сенсори тиску з ємнісним принципом роботи в режимі дотику мають кращі характеристики в промислових застосуваннях порівняно з іншими пристроями. У режимі дотику діафрагма ємнісного датчика тиску дотикається до структури підкладки. Перевагами такого режиму роботи є майже лінійні характеристики виходу, великий діапазон тиску та міцна структура, що дозволяє витримувати важкі промислові умови. У цій роботі розглянуто принцип, проектування та характеристики сенсорів тиску з ємнісним принципом роботи в режимі дотику з використанням різних матеріалів та технологій для промислових застосувань. Показано, що абсолютний датчик тиску має переваги у вигляді стабільності, низького споживання енергії, міцної структури, здатності переносити великі перевантаження та високої чутливості. Базовий дизайн пристрою може використовуватися для вимірювання тиску від 10 до 10^3 psi зі зміною параметрів процесу. Він може витримувати температуру до 3008C протягом кількох годин і мати захист від перевантаження від 200% до 200 000% від повного діапазону. Пристрої зі вбудованим референсним конденсатором мають хороші температурні характеристики в діапазоні температур від 25°C до 100°C. Цей режим роботи може доповнити п'єзорезистивні та нормальні ємнісні датчики тиску в промислових застосуваннях, де важлива механічна та електрична стабільність. Розроблена програма CAD для проектування ємнісних сенсорів в режимі дотику. З її допомогою можна проектувати сенсори, які задовольняють задані вимоги та оцінювати розподіл характеристик пристроїв з відомими варіаціями процесу контролю. Потік рідини, сила, прискорення та зміщення можуть бути перетворені на тиск. Тому пристрій може використовуватись для вимірювання потоку, сили, прискорення та зміщення в автомобільній та інших промислових застосуваннях. Проектування та симуляція кремнієвих діафрагм можуть бути застосовані для інших сенсорів, актуаторів та мікросистем, рідкісних клапанів, насосів та перемикачів.

1999

У статті описано розв'язок степеневими рядами моделі деформації круглої мембрани під рівномірним навантаженням, а також запропонований алгоритм розрахунку параметрів для роботи в режимі дотику, зокрема тиску та радіуса дотику. На основі аналізу було створено програмне забезпечення для проектування та оцінки продуктивності ємнісних датчиків у режимі дотику, що дозволяє значно економити час. Ємнісні датчики у режимі дотику мають переваги над датчиками у звичайному режимі, такі як хороша лінійність, великий діапазон робочих тисків та можливість підтримки нульового витоку. Розв'язок степеневими рядами є перспективним методом для швидкої оцінки деформації мембрани та розподілу напруг, який дає досить точні результати порівняно з методом скінченних елементів. Створене програмне забезпечення є корисним і простим у використанні, з інтерфейсом користувача та можливістю відображення результатів візуалізації.

2000

У дослідженні представлений прототип поверхневого мікромашинного ємнісного датчика тиску з інтегрованими схемами інтерфейсу на одному чипі. Датчик виготовлений за допомогою технології поверхневого мікромашинування з використанням полікристалічного кремнію як мембрани. Складові елементи - конвертер ємності в напругу та ємність у частоту розміщені на тому ж чипі. Інтегрований датчик тиску забезпечує хорошу лінійність і стабільність. Результати оцінки датчика із схемами на чипі наведені. Частотна та напругова чутливості відповідно становлять 5,0-25,0 Гц/фунт на квадратний дюйм і 10-50 мВ/фунт на квадратний дюйм у лінійному діапазоні тиску від 8 до 60 фунтів на квадратний дюйм. Загальний шум і довгострокова стабільність інтегрованої мікросхеми становлять відповідно 0,39 мВ і 0,06% на тиждень. Енергоспоживання системи менше 5 мВт. Технологія також дозволяє виготовлення датчиків дешевою партійною фабрикацією та їх інтеграцію з відповідними схемами детекції сигналів. Датчики можуть бути використані для вимірювання потоку, сили, прискорення та переміщення в автомобільній та іншій промисловості.

2007

Розроблено мікроємнісний датчик тиску, який можна вбудувати в манжету електрода для моніторингу інтерфейсного тиску між імплантованою манжетою та нервовою тканиною. Датчик має розмір 7000 мкм x 7000 мкм, діапазон вимірювання від 0 до 20 мм рт. ст. та чутливість 10-14 пФ / (пФ мм рт. ст.). Двома важливими факторами для розробки датчика тиску є геометричні властивості діелектричного шару та товщина ізоляційного шару. Розроблений датчик може бути використаний для моніторингу стану м'якої тканини та відслідковування її здоров'я.

2009

Представлені експериментальні дані про функціональний режим розтяжного сенсора з можливостями для використання в електронних шкірах. Зазначено, що сенсор має можливість виявляти деформацію до 20%, людський дотик та тиск до 160 кПа, і надійно працює, коли його тримають розтягнутим або розслабленим. Моделюючи пристрій як ідеальний пластинчастий конденсатор, визначено, що чутливість до тиску збільшується при розтягненні сенсора. Для виявлення тиску використовується збільшення площі електродів та зменшення товщини діелектрика пластини. Продемонстровано, що металізацію можна надійно інтегрувати для ємнісного виявлення, а також вона може бути легко підключена до комерційної електроніки-трансдюсерів. Технологію такого розтяжного сенсора можна інтегрувати в електронні шкіри великих площ, здатних реєструвати форму об'єкта, що знаходиться в контакті з електронною шкірою та тиск, яким його надають.

2009

Представлені результати експериментів для ємнісних датчиків тиску з гладким контактом (C-P) у режимах дотику та знімання відповідно до ємностної відповіді, чутливості при низьких тисках та їхньої відповідної роздільної здатності. Для досягнення високої чутливості при низьких тисках було розроблено два типи електродів з параболічною та кільцеподібною формами пазу, які були випробувані. Датчики можуть працювати в режимах дотику та знімання, а їх роздільна здатність менше 0,1 Па при середньому тиску 1 кПа. Ці датчики можуть бути потенційною опцією для вимірювання з високою точністю та низькими диференціальними тисками при високому середньому тиску.

2010

Розробка електронної шкіри має критичне значення для досягнення штучного інтелекту, який вступає в безпосередній контакт з людьми, та для біомедичних застосувань, таких як протезна шкіра. Для імітації тактильних властивостей природної шкіри потрібні великі масиви датчиків тиску піксельного типу на гнучкій та розтягувальній підкладці. Продемонстровані гнучкі, ємнісні датчики тиску з гарною чутливістю та короткими часами реакції, які можна дешево виготовляти на великих площах шляхом мікроструктурування тонких плівок біокомпатибельного еластомеру полідиметилсилоксану. Чутливість до тиску мікроструктурованих плівок значно перевершує ту, що проявляється у немікроструктурованих еластомерних плівках подібної товщини, і може бути настроєна за допомогою різних мікроструктур. Мікроструктуровані плівки були інтегровані в органічні транзистори з полевим ефектом як діелектричний шар, утворюючи новий тип активного датчика з чудовою чутливістю та часами реакції. Структурування тонких еластомерних плівок високої роздільної здатності істотно змінює їх механічні властивості, надаючи більш простору для проектування швидких, гнучких та чутливих датчиків тиску. Продемонстровані як пасивні ємнісні пристрої, так і активні датчики OFET, що використовують мікроструктуровані еластомерні діелектричні плівки. Ці мікроструктуровані еластомерні плівки мають надзвичайну чутливість до тиску та короткий час реакції. Швидкий час реакції дозволяє швидко збирати інформацію про тиск на різних поверхнях, які можуть бути рівними або криволінійними, що потенційно може дозволити розробку інтуїтивних інтерфейсів між людиною та комп'ютером. Висока чутливість, великий робочий діапазон тиску та простий спосіб виготовлення цих датчиків тиску на основі гнучкого, біокомпатибельного мікроструктурованого гумового діелектричного матеріалу робить їх перспективними кандидатами для застосування в електронній шкірі.

2011

Розроблений зразок є прозорою плівкою з одностінних вуглецевих нанотрубок, яка може розтягуватись в будь-якому напрямку на 150% від своєї початкової довжини. При цьому в нанотрубках формуються структури, схожі на пружини, які дозволяють плівці зберігати свою провідність при розтягуванні. Провідність досягає значень до 2,200 S/cm в розтягнутому стані. Розроблені структури також можна використовувати як електроди в прозорих і розтягуваних конденсаторах, які можуть функціонувати як датчики тиску та розтягування. Для отримання плівок використовували розпилювальне нанесення вуглецевих нанотрубок довжиною 2-3 мм на підкладку з полімеру полідиметилсилоксану (PDMS), який був активований за допомогою ультрафіолетового випромінювання та озонування. Потім на плівки наносили розчин з допантом заряду (тетрафторотрецианохінодиметан (F4TCNQ) в хлороформі) за допомогою методу спін-нанесення. Виявлено, що доповані та недоповані плівки мають подібні електромеханічні властивості. Плівки мають оптимальне співвідношення між внутрішнім опором та прозорістю при товщині 100 нм, а також максимальна провідність 1,100 S cm. Зразки можуть легко виготовлятися та інтегруватися, механічно гнучкі, фізично стійкі.

2013

Створено трібоелектричний наногенератор (TENG), інтегрований з підвішеною 3D спіральною структурою, яка може самостійно збалансуватися при поштовхах. Це є кращим вибором для збору вібраційної енергії та вібраційного детектування. Встановлено, що TENG має широку робочу полосу частот 30 Гц у низькочастотному діапазоні з максимальною потужністю вихідної енергії 2.76 Вт/м² на навантаженні 6 МΩ. Застосовуючи TENG як багатоканальні самопоживні активні сенсори, встановлено точну позицію джерела вібрації з помилкою менше 6%. Використовуючи STENG внутрішньо в закритій кулі-буї, було продемонстровано збір енергії хвиль на поверхні води, яка використовувалася для освітлення світлодіодів, що вказує на великий потенціал застосування у морській науці та екологічному моніторингу. Таким чином, STENG є відмінним вибором як самопоживний сенсор вібрації та для збору енергії хвиль в навколишньому середовищі, такому як вітер, річкова вода та океан.

2013

Пропонується концепт електронної шкіри, яка має механічну пружність та гнучкість, може забезпечувати інформацію про кілька контактів та розподіл зовнішнього тиску, а також може отримувати інформацію про форму контакту. У роботі описано механо-оптичний принцип трансдукції, який дозволяє кодувати інформацію про зовнішні механічні стимули, наприклад, контакт, тиск та форму контакту. Запропонована реалізація електронної шкіри складається з восьми інфрачервоних випромінювачів та восьми фотодетекторів, які з'єднані та вбудовані в плоский хвилепровід PDMS діаметром 5,5 см. Під час контакту на область датчика оптичні сигнали, які досягають периферійних детекторів, втрачаються через тотальне внутрішнє відбивання та деформацію матеріалу. Сигнал світла перетворюється на електричний сигнал за допомогою електронної системи, а алгоритм реконструкції, який працює на комп'ютері, відновлює карту тиску. Проведено експерименти, щоб перевірити принцип тактильного відчуття, застосувавши зовнішні тиски до 160 кПа. Підтверджено можливості електронної шкіри виявляти тиск контакту в кількох послідовних позиціях, а також її функцію на зігнутих поверхнях. Зареєстрована вагова чутливість 0,193 гр-1, що робить електронну шкіру придатною для виявлення тисків порядка кількох грамів.

2013

У мікротехнологічних ємнісних датчиках з еластомерними пінополімерними плівками та розтягувальними металевими електродами показана стійкість до екстремальних умов, включаючи розтягування, складання подібне до тканини та автоклавування. Відкрита клітинна структура еластомерної піни призводить до значного збільшення ємності при стиску діелектричної мембрани. Чутливість датчика можна локально налаштувати за допомогою щільності піни для виявлення нормального тиску в діапазоні від 1 до 100 кПа. Такі трансдюсери тиску знайдуть застосування в інтерфейсах між тілом та опорними поверхнями, такими як матраци, джойстики або протезні гільзи, у штучних шкірах та носимих роботах. Показано простий підхід до проектування та виготовлення високостійких і гнучких датчиків тиску з використанням еластичних пінополімерів. Мікроклітинна структура, поєднана з еластичною полімерною матрицею, передає покращені механічні та електромеханічні властивості порівняно з масивними еластомерами. Чутливість до тиску та робочий діапазон датчиків на основі піни можна налаштувати, модулюючи щільність піни. Гнучкі піни вже доступні в широкому спектрі форматів, матеріалів та жорсткості, і використовуються в промислових та біомедичних умовах. Їх сумісність з металізацією тонкої плівки відкриває шлях до виробництва великоплощинної, легкої та недорогої сенсорної шкіри.

2013

Для застосування робототехніки в складних умовах, таких як космос, виникає потреба у здатності сенсорів відчувати силу і просторового розподілу контакту при екстремальних температурах та силових впливах. Проаналізовано потенційну використання ємнісних сенсорів на основі композитної структури кераміки та полімеру зі з'єднанням 0,3 для майбутніх операцій з робототехнікою. Сенсори здатні стійко працювати при температурах від −80 до 120 °C і з тисками до 350 кПа. Дизайн товстошарової плівки дозволяє вбудовувати сенсори у робототехнічне обладнання з мінімальним втручанням і захищає їх від електронного опромінення, радіації та точкових навантажень. Використано дворівневий експериментальний дизайн Taguchi для вивчення впливу семи різних змінних складу на сенсорний відгук. Відгук сенсорів оптимізовано за допомогою зменшення товщини плівки, збільшення діелектричної сталої та зменшення модулю стиску. Для досягнення цих цілей використовуються високодіелектричні кераміки з наночастинками, високомолекулярні полімери з низьким вмістом модифікаторів та комплексною молекулярною архітектурою. Для зменшення дрейфу сенсорів рекомендується збільшувати товщину сенсорів, використовувати матричні матеріали з високою молекулярною масою та складним молекулярним архітектурним забезпеченням, а також вводити залишкові напруження в плівки. При високих температурах виникає залежність гістерезису від швидкості через збільшення молекулярної рухливості полімерної матриці. Цього можна уникнути, вибравши полімери з температурами переходу далеко за межами робочого діапазону.

2014

Досліджено новий клас електронних пристроїв, відомих як розтяжні електронні пристрої. Ці пристрої вимагають нових схем виготовлення, що дозволяють інтегрувати гетерогенні м'які функціональні матеріали, зокрема деформовані провідні матеріали, що використовуються для створення датчиків напруження. Оскільки м'які об'єкти мають відмінні механічні властивості від традиційної жорсткої електроніки, інтеграція електронних пристроїв в м'які матриці є складною задачею. У роботі автори пропонують новий метод виготовлення розтяжних електронних пристроїв з датчиками напруження, які можуть бути вбудовані в довільно формовані м'які матриці. Дослідження проводилися з використанням 3D-друкування та інших сучасних методів виготовлення електронних пристроїв. Кількісні результати дослідження показали, що запропонований метод дозволяє створювати розтяжні електронні пристрої з датчиками напруження, які мають високу конформність та розтяжність. Основними висновками дослідження є те, що новий метод виготовлення розтяжних електронних пристроїв з датчиками напруження є ефективним та перспективним для створення нових класів електронних пристроїв, зокрема для розробки носимих електронних пристроїв та м'яких роботів.

2014

У нашій шкірі є властивості, які надихнули розробку електроніки для носіння або імплантування в розважальних та медичних цілях. Це призвело до розвитку штучної шкіри, яка є розтягувальною та містить датчики для різних подразників, таких як деформація, тиск, світло та температура. Датчики передають сигнали через розтягувальні електричні провідники, такі як вуглецева смола, мікротріщинні металеві плівки, графенові аркуші, вуглецеві нанотрубки, срібні нанопровідники, золоті наносітки та рідкі метали. Однак, ці провідники мають проблеми з біокомпатибільністю та прозорістю в деяких застосуваннях. Досліджено потенційні іонні провідники для розробки нового типу сенсорної шкіри, яку ми називаємо "іонною шкірою". Ця сенсорна шкіра є високорозтягувальною, прозорою та біокомпатибільною. Вона може читати гелеві поверхні, а діелектричний шар був закладений між двома шарами гідрогелю, що призвело до створення ємнісного датчика. Додатково, два шари VHB були прикріплені до верхнього та нижнього датчика, щоб ізолювати його та запобігти випаровуванню гідрогелю. Дослідження показали, що іонна шкіра може бути ефективним рішенням для розробки біокомпатибільних та прозорих сенсорів. Це може мати велике значення для медичних застосувань, таких як біометричні датчики. Додаткова інформація доступна на веб-сайті Wiley Online Library або у авторів.

2014

Представлено широкоеластичний ємнісний масив датчиків тиску на основі тонкої еластомерної платформи, що підходить для інтеграції на поверхні з складними кривизнами, такими як людська шкіра. Запропоновані датчики, подібні до шкіри, виготовляються комбінацією м'якої літографічної реплікації та мікропатернінгу контактного друку провідної еластомерної фарби (композиція полідиметилсилоксану (PDMS) з вуглецевими нанотрубками (CNT)), що забезпечує точність та економію виробництва. Електричні відповіді пристроїв є високолінійними, надійними та зворотними при дії тиску і розтягуючого напруження. Крім того, пристрої є механічно стійкими до різних еластичних деформацій без будь-яких структурних вад або погіршення продуктивності. Продемонстровано можливість використання датчиків як штучної шкіри шляхом виявлення різних типів рухів людини (згинання та стискання пальців) та просторових розподілів тиску. Запропоновані датчики мають потенційні застосування у гнучких електронних пристроях, подібних до шкіри, завдяки їх механічній міцності, електричній надійності та простому, економічному виготовленню.

2015

Огляд. Низькотемпературна кераміка спільного спакання (LTCC) є однією з мікроелектронних технік. Ця технологія була розроблена як альтернатива друкованим платам (PCB) та класичній товстошаровій технології, і знайшла застосування в виготовленні багатошарових керамічних плат для електронних пристроїв. Швидкий та широкий розвиток цієї технології дозволив виготовляти 3D механічні структури та інтегрувати їх з різноманітними процесами. Завдяки цьому, LTCC знайшла застосування в виробництві різних мікроелектронних пристроїв. У цій статті наводиться огляд технології LTCC та детальний опис фізичних датчиків кількості, виготовлених за допомогою техніки LTCC. Докладно описаний LTCC кераміки в області керамічних сенсорів. Різноманітні фізичні датчики LTCC представлені з точки зору технології та властивостей. Можливість інтеграції різних представлених датчиків в один керамічний модуль веде до інтегрованих багатофункціональних платформ. Такі платформи будуть наступним етапом розвитку сучасних сенсорів. Розвиток технології LTCC сенсорів здійснюється за рахунок розробки інших технік, сумісних з LTCC, таких як інтегровані прозорі вікна, модифікація поверхні, зв'язування PDMS тощо. LTCC використовується для виробництва сенсорів завдяки можливості створення різних механічних структур з використанням LTCC стрічок. При формуванні структур за допомогою LTCC необхідно враховувати скорочення, взаємодію з хімічними реактивами та вплив на чутливість резисторів. LTCC сенсори можуть бути створені за допомогою різних систем. Диференційний сенсор тиску в LTCC-упаковці може бути використаний для вимірювання тиску в рідині або газі. Чутливість п'єзорезистивних LTCC-сенсорів визначається властивостями функціональних товстих плівкових резисторів та електронним шумом, а ємнісний LTCC-сенсор розглядається як кандидат для застосування в енергоавтономних сенсорах. Крім того, інтегрований сенсор потоку / тиску / температури розроблено для діагностики стисненого повітря з трьома виходами: тиск, потік та температура.

2015

У зв'язку з розвитком передових гнучких та носимих пристроїв, електронні текстильні вироби (e-textiles), що включають різноманітні електронні елементи, такі як датчики, пристрої для збору енергії, транзистори та антени, здобувають значний інтерес. Зокрема, текстильні датчики тиску були широко досліджені для різноманітних застосувань, таких як догляд за літніми людьми, діагностика, моніторинг пацієнтів та виявлення рухів людини. Для досягнення високої продуктивності текстильних датчиків тиску було розроблено різні типи операційних датчиків тиску, такі як ємнісні, п'єзорезистивні, п'єзоелектричні та оптичні. Зокрема, ємнісний текстильний датчик тиску має переваги у простоті дизайну та аналізу пристроїв, високій чутливості, відмінній стабільності та низькому споживанні енергії. Текстильний ємнісний датчик тиску, який виготовляється за допомогою двох гнучких провідних тканин як електродних пластин, розділених гнучкими діелектричними просторами, такими як піни, надасть нові можливості для розвитку реальних носимих електронних пристроїв в наступному поколінні e-textiles.

2015

Досліджується створення гнучких датчиків тиску з чутливістю до дотику, які мають широкі технологічні застосування в галузі носимої електроніки, моніторингу здоров'я в режимі реального часу, м'яких роботів та протезів. Дослідження проводилося за допомогою резистивних гнучких датчиків тиску, які можуть бути виготовлені великомасштабно та економічно за рахунок їхньої простої структури та процесу виготовлення. Для підвищення чутливості та зменшення часу реакції пристроїв, важливим є введення мікроструктур на поверхні полімерів. У роботі розглядаються різні типи мікроструктур, такі як пірамідальні, мікропіларні, взаємозапираючі та вирівняні наночастинки. Отримані результати показали, що введення мікроструктур на поверхню полімерів дозволяє підвищити чутливість та зменшити час реакції гнучких датчиків тиску. Ключовими висновками є те, що резистивні гнучкі датчики тиску з мікроструктурами можуть бути виготовлені великомасштабно та економічно, а також є перспективними для застосування в різних галузях.

2016

Досліджена можливість створення електронної шкіри, яка була б гнучкою та мультимодальною. Електронна шкіра (E-skin) - це матриця гнучкої електроніки, в якій кожна сенсорна клітина може перетворювати зовнішні подразники на електронні сигнали. E-skin може бути використана для створення носимих пристроїв для взаємодії людини з машинами, для дистанційного моніторингу здоров'я в реальному часі, для імплантованих протезів та мультіфункціональних розумних шкір. У попередніх дослідженнях E-skin зосереджено на тактильних сенсорах, які перетворюють фізичні змінні (тиск, зсув або деформацію) на електронні сигнали. Автори пропонують використовувати мультимодальні датчики, які можуть виявляти різні типи подразників, підключені до джерел вимірювання. Для створення гнучкої та розтяжної E-skin автори використовували графенові транзисторні матриці, в які вводили п'єзоелектричний матеріал або інтердигітований електродний дизайн. У роботі описано різні методи створення E-skin, включаючи інтеграцію резистивних матеріалів з органічними транзисторними матрицями та використання еластомерних матеріалів між м'якими провідниками для створення датчиків тиску або деформації. У роботі отримано кількісні результати щодо електричних властивостей розтяжної E-skin. Автори зробили висновок, що їхні розробки можуть бути використані для створення мультимодальної штучної шкіри, яка може виявляти різні типи подразників.

2016

Розроблений високоефективний пористий датчик тиску на основі PDMS. Різноманітні пористі діелектричні шари з різними розмірами пор були успішно виготовлені з використанням кількох шарів полістиролових кульок. Пористий структурований датчик тиску мав високу чутливість 0,63 кПа-1 в області низького тиску, швидкий час відгуку та релаксації, виявлення надзвичайно низького тиску 2,42 Па (що відповідає мурахі, розміщеній на вершині датчика), і чудова довговічність і стабільність протягом 10 000 робочих циклів. Пористі структуровані датчики тиску були використані для виготовлення багатопіксельного масиву 15 × 15, який потім використовувався для тактильного сприйняття в реальному часі з різними режимами дотику. Базуючись на видатній продуктивності, ми вважаємо, що пористий датчик тиску PDMS, створений за біологічним принципом, може сприяти розробці передових датчиків тиску для різних застосувань, включаючи електронні шкіри, робототехніку, інтерфейси людина-машина та системи тактильного сприйняття в реальному часі.

2016

Розроблено гнучкий п’єоємнісний датчик тиску з надвисокою чутливістю та стабільністю в широкому динамічному діапазоні на основі пористого еластомерного діелектричного матеріалу за допомогою легкого та економічно ефективного процесу. Завдяки наявності мікропор у еластомерному діелектричному шарі наш датчик тиску п’єоємнісного типу здатний сильно деформуватися навіть під впливом дуже невеликих рівнів вхідного тиску, що призводить до різкого підвищення його чутливості. Поступове закриття мікропор під час стиснення збільшує ефективну діелектричну проникність, тим самим додатково підвищуючи чутливість сенсора. Тривимірний мікропористий діелектричний шар із послідовно розташованими пружинами мостів Ecoflex може охоплювати набагато ширший діапазон тиску, ніж мікроструктуровані активні матеріали, про які повідомлялося раніше. Відповідно, датчик тиску показав чудові характеристики з надвисокою чутливістю 0,601 кПа-1 в режимі низького тиску (< 5 кПа), а також широким динамічним діапазоном 0,1 Па - 130 кПа, що підходить для загального діапазону тактильного тиску без істотна втрата чутливості. Продемонстровано, що датчик можна легко використовувати як переносний пристрій для вимірювання тиску у формі (i) сенсорної шкіри для вимірювання сили захоплення пальців робота та (ii) як зап'ястковий пристрій для вимірювання пульсу бандажного типу. Нарешті, для виявлення просторово-розподіленого тиску, розпізнавання букв у цьому випадку, виготовлено сенсорну панель. Ми віримо, що п’єоємнісний датчик тиску на основі 3-D пористого еластомерного діелектричного шару може розширити перспективи в таких сферах застосування, як розробка гнучких мікровагів, електронних оболонок для м’якої робототехніки та переносних пристроїв вимірювання тиску для систем діагностики здоров’я, які справляються з широким діапазоном тиску від наднизького дотику до тактильного тиску людини.

2016

Гнучкі тактильні датчики розглядаються як ефективний спосіб реалізації відчуття дотику, який може здійснювати синхронізовану взаємодію з навколишнім середовищем. Демонструється використання біонічних мікроструктур на природному листі лотоса для розробки та виготовлення нового типу високоефективних гнучких ємнісних тактильних датчиків. Використовуючи переваги унікального поверхневого мікроматеріну листя лотоса як шаблону для електродів і полістирольних мікросфер як діелектричного шару, запропоновані пристрої демонструють стабільні та високі характеристики чутливості, такі як висока чутливість (0,815 кПа−1), широкий діапазон динамічного відгуку (від від 0 до 50 Н) і швидким часом відгуку (≈38 мс). Крім того, гнучкий ємнісний датчик застосовний не лише до тиску (дотику однієї волосини), але також до сил згинання та розтягування. Результати показують, що запропонований ємнісний тактильний датчик є перспективним кандидатом для майбутніх застосувань в електронних оболонках, переносній робототехніці та біомедичних пристроях.

2017

У роботі було розроблено гнучкий та високочутливий конденсаторний датчик тиску шляхом покриття мікропористого еластомерного діелектрика полідиметилсилоксану (PDMS) на провідні волокна. Для створення провідних волокон на поверхню волокон Twaron було нанесено полімер полістирен-бутадієн-стирену (SBS), в який вбудовано срібні наночастинки (AgNPs). Конфігурація двох мікропористих PDMS-покритих волокон імітує конденсаторний датчик, який реагує на стиснення, збільшуючи контактну площу та зменшуючи відстань між електродами волокон. Поступове закриття мікропор під тиском збільшує ефективну діелектричну проникність, збільшуючи чутливість датчика. Досягнуто високу чутливість 0,278 кПа1 для діапазону низького тиску (o2 кПа), знехтувану гістерезисом 6,3%, динамічним часом відгуку в мілісекундному діапазоні (B340 мс), низьким детектуючим лімітом 38,82 Па та відмінною повторюваністю понад 10 000 циклів. Датчик успішно застосовували для завантаження невеликих предметів (B9,4 мг) та легких дотиків пальцем (o10 кПа). Беручи до уваги відмінну чутливість, можливість детектування низького тиску та вартість-ефективний процес виготовлення, датчик застосовний для майбутніх передових сенсорних панелей з більш дружнім інтерфейсом, систем моніторингу здоров'я та штучних роботів-руках.

2017

У цій науковій статті автори з Кореї пропонують новий підхід до створення чутливих до тиску сенсорів, які можуть бути використані в різних застосуваннях Інтернету речей, включаючи електронну шкіру. Автори використовують іонні гелі, які містять полімери та іонні рідини, що дозволяє отримати високочутливі сенсори з широким діапазоном вимірювання тиску. Вони також використовують мікропатерний підхід, що дозволяє збільшити чутливість сенсорів до навіть дуже малих змін тиску. Автори провели експерименти, щоб довести ефективність свого підходу та продемонструвати можливості їхніх сенсорів. Вони зробили висновок, що їхні сенсори можуть бути використані для ефективного виявлення тиску від різних джерел, включаючи звукові хвилі, легкі предмети, пульси вен та артерій, а також дотик пальця.

2017

У цій науковій статті описано розробку та характеристику м'яких та еластичних ємнісних сенсорів, які можуть бути використані в м'яких роботах та конформних електронних пристроях. Для створення цих сенсорів використовують рідинні метали, які можуть піддаватися великим деформаціям, зберігаючи електричну стійкість. Рідинний метал впроваджують у гумові капіляри, що дозволяє створювати волокна, які можуть інтегруватися з текстилем, пристосовуватися до складних поверхонь та виготовлятися на високій швидкості. Ці волокна переплітаються в гелікс, щоб створити ємнісні сенсори для вимірювання крутного напруження та дотику. Зміна геометрії волокон при обертанні або розтягуванні змінює ємність між ними в передбачуваний спосіб. Ці сенсори пропонують простий механізм для вимірювання крутного напруження до 800 рад/м, що на два порядки вище, ніж у поточних крутних сенсорів. Крім того, ці волокна можуть відчувати напруження ємнісним шляхом. У статті також описано кілька варіантів використання цих волокон для ємнісного вимірювання дотику. Результати дослідження показали, що діаметр волокон впливає на ємнісне вимірювання, а волокна з меншим діаметром можуть відчувати більший діапазон крутного напруження. Крім того, було розроблено кілька кількісних моделей, які описують ємність волокон як функцію їх крутного напруження та довжини. Ці волокна можуть бути використані для створення різноманітних сенсорів у текстильних виробах, але для цього потрібно провести додаткові дослідження щодо їх циклічної поведінки та стійкості до прання.

2017

У даній статті автори з Австралії досліджують можливості використання провідних наноматеріалів для створення електронної шкіри, яка була б гнучкою та розтяжною. Для цього вони досліджують різні методи виготовлення провідних матеріалів, такі як мокрі та сухі методи, та їх застосування для створення різних видів сенсорів, таких як деформаційні, температурні, тискові та хімічні. Основний механізм роботи сенсорів полягає в тому, що будь-який стимул або зміна генерує вимірюваний електричний імпульс. Залежно від потрібної чутливості та вимог до електричного імпульсу, конструкція пристрою може бути налаштована на один з чотирьох видів електричних відповідей: п'єзоелектричну, трибоелектричну, ємнісну та опірну. Остання з них є найпростішою у виготовленні та вимірюванні, що є ключовою причиною великої кількості публікацій у цій області. Дослідники також досліджують можливості використання іонних рідин для створення невидимих сенсорів, які можуть бути використані для контролю рухів роботів, спортивної продуктивності та моніторингу серцево-судинної системи. Основні висновки полягають у тому, що провідні наноматеріали можуть бути використані для створення гнучких та розтяжних сенсорів, які можуть бути використані в різних сферах, а також що дослідження в цій області продовжуються.

2017

Описано теоретичний підхід до покращення чутливості гнучкого п'єзоємнісного датчика тиску шляхом виготовлення пористого діелектричного шару з неорганічних та органічних компонентів з високим (εН) та низьким (εЛ) діелектричними сталими відповідно. За допомогою кристалів CCTO з великою ε як допанту та полідиметилсилоксану (PDMS) з низькою ε як матриці було виготовлено м'яку пористу спонжову CCTO-PDMS конструкцію зі значно підвищеною чутливістю, що перевершує чутливість чистого PDMS та інших відомих PC-датчиків. Ця підвищена чутливість зумовлена гібридизацією двох фаз εН / εЛ в композитах, що надає ефективний шлях до створення нових гнучких PC-датчиків. Потенційні застосування датчика CCTO-PDMS включають запис пульсу зап'ястя з високою точністю, виявлення згинання та обертання, симулювання Мос-коду тощо. Низькозатратний процес виготовлення разом зі суперечутливістю, функціональною універсальністю та механічною гнучкістю роблять датчик CCTO-PDMS багатообіцяючим для застосування в гнучких пристроях, носимих пристроях електроніки, робототехніці тощо. Описано синтез CCTO-наночастинок та пористих губчастих структур PDMS та CCTO-PDMS.

2017

У багатьох електронних пристроях, таких як смартфони, сенсорні екрани стали неодмінною частиною інтерфейсу користувача. Проте, два типи розроблених датчиків сенсорних екранів, резистивні та ємнісні, можуть мати проблеми при застосуванні до гнучких пристроїв через деформацію при дотику. У цьому дослідженні ми оцінюємо можливість використання гнучких датчиків сенсорних екранів на основі п'єзоелектричних тонких плівок PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT). Такі датчики мають переваги, включаючи маштабованість виробництва, швидкий час реакції, міцність та самопоживлення. Ми продемонстрували можливість виявлення дотику за допомогою п'єзоелектричних матеріалів та підтвердили, що гнучкі п'єзоелектричні датчики сенсорних екранів можуть відрізняти між дотиком та деформацією під час дотику. Висока роздільна здатність дозволяє розглядати ці датчики як можливий варіант для наступного покоління сенсорних екранів. У дослідженні продемонстровано можливість застосування гнучких п'єзоелектричних датчиків на основі тонких плівок PZT, виготовлених за допомогою методу лазерного знімання. Проведено порівняння властивостей сенсорів на різних підложках та розглянуто способи розрізнення сигналів від дотику та деформації під час дотику. Обговорено можливі напрямки успішної реалізації цих датчиків у реальних застосуваннях.

2017

У цій роботі розроблено гнучкий ємнісний датчик тиску для систем моніторингу дихання. Як діелектричний шар запропонованого ємнісного датчика використаний пористий екологічний матеріал зі вмістом пор від ~36%, який був отриманий з цукрового кубика шляхом простого процесу плавлення. Для електродів сенсора використані тонкі плівки на основі полідиметилсилоксану (PDMS) зі срібними нанопровідниками (AgNWs) та вуглецевими волокнами (CFs). Розроблений гнучкий датчик тиску мав високу чутливість 0,161 кПа-1 для низького тиску (< 10 кПа), широкий діапазон робочого тиску < 200 кПа та високу міцність більше 6 000 циклів. Оскільки запропонований датчик гнучкий та змінюваний за розміром, його можна інтегрувати в одяг та легко розмістити в будь-якому місці на тілі людини. Застосування датчика успішно продемонстровано шляхом його інтеграції в пояс для моніторингу дихання в режимі реального часу. Отримані результати корисні для моніторингу дихальних проявів при діагностуванні хвороб, таких як обструктивний сонний апное, астма та інші. Розроблений датчик є рішенням для систем моніторингу дихання без контакту та може бути використаний в різних застосуваннях портативної електроніки, таких як моніторинг здоров'я дитини, аналіз сну, вивчення впливу фізичних вправ.

2017

Представлено новий тривимірний капацитивний датчик тиску з ребристою поверхнею, виготовлений методом 3D-друку. Дизайн складається з верхньої та нижньої пластин. Датчик 3D-друкують з полімерного матеріалу, який потім покривають процесом напилення металевими шарами Cr та Au. Розміри структури 11×11×4,6 мм³. Завдяки ребристій поверхні площа пластин збільшується на 19,46% порівняно з капацитивним датчиком з плоскою паралельною поверхнею тієї ж самої об'ємної площі. Проведено дизайн процесу датчика, симуляції та експериментальні результати. Датчик протестовано з різними рівнями тиску від 0 Па до 8,88 кПа. Експериментальні результати показали, що діапазон ємності датчика становить від 2,7 пФ до 4,3 пФ, а максимальна чутливість становить 0,14 пФ/кПа. Результати підтверджують, що представлений капацитивний датчик може бути використаний для вимірювання рівнів тиску.

2017

У цій роботі автори з Китаю створили гнучкий багатофункціональний датчик температури та вологості з графенових тканин. Датчик може вимірювати температуру та вологість одночасно, має високу чутливість та малу взаємну взаємодію. Для створення датчика використовували графенові тканини, які були вирощені методом хімічного осадження з парів. Датчик був успішно використаний в різних сценаріях, що показало його потенціал для використання в екологічному моніторингу та моніторингу здоров'я. У роботі були використані методи експериментального дослідження та аналізу даних. Ключові результати полягають у створенні гнучкого багатофункціонального датчика температури та вологості з графенових тканин, який може вимірювати температуру та вологість одночасно з високою чутливістю та малою взаємною взаємодією. Основними висновками є те, що створений датчик має потенціал для використання в екологічному моніторингу та моніторингу здоров'я.

2018

При проектуванні м'якості для роботів великий потенціал має забезпечення роботів з м'якими деталями в динамічних неструктурованих середовищах. Однак існуючі моделі мають вбудовану твердість у їх драйвових частинах, таких як компоненти, що регулюють тиск та жорсткі монтажні плати, що часто заважає русі робота. Ми пропонуємо електронну систему, схожу на шкіру, яка дозволяє віддалено активувати м'які роботи, з можливістю м'якого, компактного та зворотного монтажу їх драйвових частин. Система складається з двох електронних шкір (e-skins), які здійснюють бездротову комунікацію контролю робота, тобто "бездротову міжшкірну комунікацію", для бездротового та зворотного монтажу драйвової здатності. Розроблена пара e-skin може м'яко інтегруватися у різні м'які тіла (робот та людина), взаємодіяти бездротово та активувати і контролювати робота. Фізичний дизайн кожної e-шкірки мінімізує твердість в термінах товщини (<1 мм), ваги (~0,8 г), та фрагментованої конфігурації контуру. Результати показують ефективність бездротової міжшкірної комунікації, що забезпечує універсальність роботів за допомогою зворотного монтажу. Пропонована система має великий потенціал для забезпечення м'якої та зворотної функціональності м'яких роботів, що може змінити парадигму в м'якій робототехніці.

2018

У цій статті автори з Китаю описують останні розробки графенових тактильних сенсорів, які можуть бути використані для створення електронних шкір (E-skins). Шкіра є найбільшим органом людського тіла, який може сприймати тактильні відчуття, температуру, вологість та інші складні зовнішні стимули. Графен, завдяки своїм унікальним властивостям, має великий потенціал для створення електронних шкір, які можуть мати широкі застосування в робототехніці, моніторингу здоров'я, штучному інтелекті та інтерфейсах між людиною та машинами. У статті описано різні методи виготовлення графенових матеріалів, основні розробки функціональних пристроїв для електронних шкір, а також поточні та майбутні застосування графенових електронних шкір. Автори наголошують на тому, що хоча значний прогрес в графенових електронних шкірах вже досягнуто, існують значні виклики, які потребують подальших досліджень, щоб досягти практичних застосувань.

2018

Запропоновано п'єзоемкісний датчик тиску на основі еластичного діелектричного шару нейлонової мереживної структури. Шар нейлонової мережі з різною товщиною та розміром ізолює дві графенові електроди та створює датчик тиску з чутливістю до тиску 0,33 кПа-1 під тиском 1 кПа, мінімальним лімітом виявлення 3,3 Па та винятковою механічною стабільністю після понад 1000 циклів навантаження-розвантаження. Цей датчик має швидкість реакції у 20 мс, що дозволяє виявляти малі зміни тиску від процесів морфологічних змін краплі, яка падає на датчик. Для реалізації практичних завдань розроблено мультипіксельний масив датчиків тиску з високою просторовою роздільною здатністю 4 × 4 пікселів. Продемонстровано перспективні застосування датчика тиску для моніторингу пульсу зап'ястя та відповіді на кліки миші. Недорогі масиви датчиків з чудовою просторовою роздільною здатністю та ефективністю реагування мають великий потенціал для застосування в галузі електронних та носимих пристроїв.

2018

У роботі розроблено гнучкий датчик тиску з високою чутливістю та здатністю до самовідновлення на основі зціленного поліуретану (HPU), одновимірних срібних нанопровідників та двовимірної графену. Датчик тиску мав високу чутливість до статичного та динамічного тиску, малий ліміт виявлення, швидкий час реакції та довготривалу стабільність. Продемонстровано здатність датчика до виявлення тиску від пальця та вібрації голосових зв'язок. У процесі розробки датчика використовували поліуретан, зцілення якого здійснювалося за допомогою хімії Дільса-Альдера. В результаті експериментів було показано, що датчик може самовідновлюватися при помірних температурах, відновлюючи свою функціональність та структурну цілісність після серйозного пошкодження. Введення мікроструктурованої електродної системи та графен-діелектрика може значно покращити чутливість. Мікроструктурований ємнісний датчик тиску демонструє високу чутливість 1,9 кПа-1 (<3 кПа), швидкий час відгуку (<100 мс), низький ліміт виявлення (10 Па) та довготривалу міцність (1000 циклів). Виготовлений пристрій продемонстровано в практичному застосуванні для виявлення тиску від пальців та вібрації голосових зв'язок. Датчик тиску може бути застосований в галузі моніторингу здоров'я та інтерфейсів людина-машини, а також має великий потенціал для створення інтелектуальних шкіроподібних пристроїв.

2018

Пропонується гнучкий датчик тиску з високою чутливістю, який складається з типової сендвіч-структури за участю полідиметилсилоксанової (PDMS) підкладки з діелектричним шаром мікромасивів PDMS. Матеріалом для верхнього/нижнього електрода використовується гнучка PDMS підкладка, покритий срібними нанодротами (AgNWs), а структура діелектричного шару з мікромасивів PDMS забезпечує високу чутливість датчика тиску. Порівняно з традиційними паралельними датчиками ємності, такі датчики мають відмінні характеристики: високу чутливість (2,04 кПа-1) у низькому діапазоні тиску (0-2000 Па), низькі межі виявлення (7 Па) і швидкий час відгуку (100 мс). Інтеграція електрода датчика та діелектричного шару забезпечує добру стійкість до згинання та циклічну стійкість датчика. Гнучкі ємнісні датчики тиску можуть бути використані для вимірювання розподілу тиску на кінчиках пальців при утриманні об'єкту і стисканні пальцями. Через відмінні характеристики, гнучкий датчик тиску має широкі можливості застосування в пристроях для носіння, електронній шкірі та роботах-гуманоїдах.

2018

У цій роботі розглядається розробка гнучких, прозорих та чутливих тактильних сенсорів на основі графенових електродів та повітряного діелектрика. Гнучкі тактильні сенсори є важливими для застосування в наступному поколінні гнучких дисплеїв та інтерфейсів людина-машини. У роботі демонструється, що структурний дизайн з повітряним зазором між графеновими електродами забезпечує високу чутливість до зовнішнього тиску, швидкий час реакції та високу стабільність протягом 2500 циклів навантаження-розвантаження. Дослідження показали, що ізоляція кожної тактильної клітинки за допомогою спейсерів дозволяє піксельному масиву сенсорів розпізнавати тиск без перешкод. Розроблений тактильний сенсор є гнучким, прозорим та має високу чутливість, що робить його перспективним для розробки портативних пристроїв, великоформатних сенсорних екранів та інших подібних структур.

2018

У цій роботі автори з Китаю розробили високочутливий гнучкий тактильний сенсор з використанням мікроструктур з високим співвідношенням висоти до ширини, який може бути виготовлений за низькою ціною та оцінює тактильні відчуття у гнучкий та ефективний спосіб. Основна мета роботи полягає у розробці гнучкого тактильного сенсора з високочутливістю та швидкістю реакції на зовнішні стимули. Для досягнення цієї мети автори використали мікроструктури з високим співвідношенням висоти до ширини, що були відтворені з листя лотоса. Сенсор має високу чутливість, низький поріг виявлення тиску та швидкий час реакції. Дослідження проводилися за допомогою методів скануючої електронної мікроскопії, трансмісійної електронної мікроскопії, кінцево-елементного аналізу та чисельного моделювання. Основними результатами є розробка гнучкого тактильного сенсора з високочутливістю та швидкістю реакції на зовнішні стимули, який може бути виготовлений за низькою ціною та має високу надійність. Сенсор може бути використаний у робототехніці, моніторингу здоров'я та виявленні рухів.

2018

У цій роботі автори з Китаю досліджують можливість використання природних рослинних матеріалів, таких як квіти та листя, як діелектричного шару в гнучких електронних шкірах. Вони використовують різні методи дослідження, включаючи скануючу електронну мікроскопію та вимірювання ємності та чутливості до тиску. В результаті дослідження автори знаходять, що рослинні матеріали можуть бути використані як діелектричний шар в електронних шкірах з високою чутливістю та стабільністю. Вони також демонструють можливість використання таких електронних шкір в різних застосуваннях, таких як моніторинг руху людини, виявлення потоків газу та розпізнавання жестів. Автори вважають, що використання природних матеріалів у гнучких електронних пристроях може бути економічно вигідним та екологічно безпечним підходом до розвитку гнучкої електроніки.

2018

Огляд. Гнучкі ємнісні датчики тиску завдяки їхнім відмінним характеристикам, таким як висока гнучкість, чутливість та легкість привертають великий інтерес і використовуються в різних електронних пристроях як електронна шкіра (E-skin), гнучкі пристрої для вимірювання тиску тощо. У огляді коротко описується прогрес досліджень гнучких датчиків тиску, включаючи три види механізмів перетворення та їхні застосування в галузі E-шкіри та гнучких пристроїв. На даний момент існують виклики розробки гнучких багатофункціональних пристроїв з високою розтяжністю та чутливістю. У майбутньому ключовими напрямками розвитку в галузі датчиків будуть пошук нових механізмів датчиків, пошук нових функціональних матеріалів та розробка нових технологій інтеграції гнучких пристроїв. В огляді виділяється прогрес у функціональних матеріалах та конструкції 3D-матриць датчиків для отримання зменшення взаємного впливу в сигналах. Хоча існують виклики щодо реалізації практичних застосувань гнучких датчиків тиску, нові матеріали та інноваційні механізми повинні досліджуватись для досягнення широкої зони вимірювання тиску в галузі E-шкіри та гнучких пристроях. Додатково, зростає інтерес до розробки гнучких датчиків тиску з можливістю бездротового зв'язку та інтеграції з іншими електронними пристроями. Широке застосування гнучкі датчики тиску можуть знайти в медичній технології, робототехніці та виробництві. Розвиток гнучких датчиків тиску залежить від пошуку нових матеріалів, технологій та механізмів, що можуть допомогти забезпечити високу чутливість та розтяжність, а також від інтеграції з іншими пристроями та можливості бездротового зв'язку.

2018

Створено гідрофобні, легкі та дихаючі датчиків тиску на основі нановолоконних мембран з високою пористістю, що мають унікальні характеристики: чутливість 4,2 кПа−1, швидкий час відгуку (<26 мс), низький детекційний ліміт (1,6 Па) та відмінну дихаючість (значення Gurley = 17,3 с/100 мЛ). За рахунок цих характеристик, гнучкий капацитивний датчик тиску може застосовуватися не тільки для моніторингу фізіологічних сигналів людини, але й для реалізації просторово розрізняючих сенсорних масивів за допомогою друку інтегрованих сенсорів. Датчики можуть використовуватись для моніторингу фізіологічних сигналів людини та виявлення розподілу просторового тиску. Датчики складаються з ПВХНМ на основі методу електророзкручування для підкладок, срібних нанопровідників для електродів та термопластичного поліуретанового НВМ для діелектричного шару через методи шовкового друку та ультразвукового зварювання. Датчики можна виготовляти за допомогою недорогих та масштабованих процесів. Електроди PVDFNM/AgNWs виготовляються за допомогою екранного друкування. Порівняно з традиційним мікроструктурним шаром полідиметилсилоксану (PDMS), процес електрофорезу TPUNM є вигідним та може бути використаний для великосерійного виробництва. Чорнило AgNWs було нанесено на PVDFNM через екранний друк. Шар діелектрика TPUNM було зібрано з двох шарів PVDFNM/AgNWs із застосуванням ультразвукового зварювання. Для створення гнучких матриць датчиків тиску, пікселі AgNWs розміром 2 х 2 мм2 були надруковані на підкладку PVDFNM з розміром 10 х 10 масиву, загальною площею 4 х 4 см2.

2018

У цій науковій роботі автори з Китаю досліджують можливість використання білярних діелектриків для створення гнучких транзисторів на основі органічних напівпровідників з низькою напругою роботи для застосування в датчиках тиску. Дослідження проводилися шляхом комбінування товстого шару поліелектроліту поліакрилової кислоти з тонким шаром поліметилметакрилату, що дозволило отримати вертикальну структуру з високою ємністю та зменшенням витоку струму. Автори демонструють, що така білярна діелектрична структура може бути використана для створення гнучких датчиків тиску на основі транзисторів з низькою напругою роботи, які мають високу чутливість, швидкий час відгуку та добру гнучкість. Отримані результати можуть бути використані для розробки електронних пристроїв, таких як електронна шкіра та м'які роботи.

2019

У статті описано розробку біоінспірованого матеріалу, який може використовуватися для створення штучної шкіри з функціональністю, подібною до шкіри гелевих водних безхребетних, таких як медузи. Матеріал є прозорим, електропровідним та може автономно самовідновлюватися як в сухих, так і в мокрих умовах. Він складається з еластомеру на основі фторовуглецевих зв'язків та іонічної рідини з високою концентрацією фтору. Матеріал може використовуватися для створення сенсорів тиску та деформації, а також для створення електронних пристроїв з прозорими електропровідними полімерами. Розроблений матеріал має потенційні застосування в м'якій робототехніці, інтерфейсах людина-машини та медицині. Основним викликом для розробки таких матеріалів є створення однієї системи матеріалу, яка поєднує в собі прозорість, еластичність, самовідновлювання та здатність працювати під водою. У статті описано методи синтезу та характеризації розробленого матеріалу, а також результати електро-механічних тестів та експериментів з самовідновленням.

2019

Електронна шкіра роботів повинна мати комплексний набір функціональних та морфологічних характеристик, зокрема: 1) кілька типів датчиків, розподілених на великій поверхні, для вимірювання кількох параметрів дотику (наприклад, людська шкіра має близько 45 000 рецепторів дотику/тиску на площі 1,5 м2); 2) правильне розміщення датчиків для отримання різних ступенів чутливості по всьому тілу; 3) інтеграція датчиків (та пов'язаної електроніки) на м'яких та розтяжних підкладках, що дозволяє адаптуватися до тривимірних поверхонь (для кращої обробки об'єктів, покращення комфорту користувача та збору достовірних даних); 4) можливість обробки великих обсягів даних, згенерованих датчиками, за допомогою локальної обробки або нейрокомп'ютерних технологій та вилучення корисної інформації (наприклад, збір даних для критичного тактильного зворотного зв'язку та декодування намірів користувача в режимі реального часу); 5) електроніка високої продуктивності (зокрема, швидка відповідь) з низьким споживанням енергії; та 6) достатньо енергії для живлення датчиків дотику та пов'язаної електроніки, особливо для автономних роботів. Електроніка високої продуктивності з низьким споживанням енергії, така як швидка відповідь, є ключовим елементом для ефективної роботи таких систем. Це дозволяє досягти оптимальної продуктивності без зайвого споживання енергії, що є особливо важливим для автономних роботів. Щоб забезпечити достатню кількість енергії для живлення датчиків та електроніки, можуть використовуватися різні джерела енергії, такі як батареї, сонячні панелі або механічні генератори енергії, залежно від конкретних умов роботи. Крім того, забезпечення безпеки користувача є ключовим аспектом при проектуванні електронної шкіри роботів, тому що недостатня чутливість або неправильне функціонування можуть призвести до травмування людини. Узагальнюючи, електронна шкіра роботів повинна мати комплексний набір функціональних та морфологічних характеристик, що дозволить користувачам отримувати точну та достовірну інформацію в режимі реального часу та покращувати ефективність роботів у різних умовах.

2019

Огляд. У огляді зведено досягнення у гнучких і носимих п'єзорезистивних датчиках тиску на основі тривимірних монолітних провідних губок. Описано нові матеріали та методи, що використовуються для виготовлення тривимірної провідної губки. Висвітлюється продуктивність пристроїв та застосування датчиків тиску на основі губок у виявленні / моніторингу людського руху та електронній шкірі. Для впровадження високопродуктивних датчиків тиску на основі губок для практичних застосувань необхідно вирішити кілька проблем. (1) Для матеріалів/пристроїв потрібні стандартизація та моделювання / симуляція пристроїв, щоб зрозуміти взаємозв'язок між продуктивністю датчика тиску та структурами (наприклад, розмір пор/розподіл розмірів, розміри тощо) тривимірних провідних губок, що може допомогти у створенні губчастих матеріалів з хорошою лінійністю та чутливістю в широкому діапазоні тиску/деформацій. (2) Для датчиків тиску на основі губок також потрібні нові методи виготовлення та інтеграції, щоб забезпечити максимальну продуктивність та надійність при використанні в реальних умовах. (3) Потрібна розробка методів для інтеграції датчиків тиску на основі губок з електронікою та іншими елементами системи, що може забезпечити компактність та мінімальні розміри при використанні в носимих пристроях. Незважаючи на ці виклики, датчики тиску на основі провідних губок мають значний потенціал у багатьох застосуваннях, таких як в медицині, спортивній індустрії, промисловості та робототехніці. Потрібно більше досліджень, щоб вирішити вищезазначені проблеми та довести ефективність датчиків тиску у реальних умовах, але потенціал цих датчиків настільки великий, що вони мають бути серйозно розглянуті як один з можливих компонентів в майбутніх носимих пристроях та системах штучного інтелекту.

2019

У даній роботі було представлено гнучкий та високочутливий ємнісний датчик тиску на основі еластомерного діелектричного шару з рівномірно розподіленими мікропорами. Пористий діелектричний шар був просто виготовлений за допомогою мікрохвильової обробки полідиметилсилоксану (PDMS), змішаного з розчинником. Датчик тиску з пористим PDMS діелектричним шаром, виготовленим з 40% розчинника, мав чутливість 0,813 кПа-1, що в 11 разів вище, ніж у датчика з непористим діелектричним шаром. Для подальшого покращення чутливості використовувалася недорога комерційна скляна форма для формування мікроструктур на поверхні пористого діелектричного шару. Завдяки покращеній деформованості було досягнуто високу чутливість 1,43 кПа-1 та швидкий час відгуку 70 мс. Запропоновані датчики можуть бути використані в застосуваннях штучної шкіри або м'яких роботів.

2019

Розроблено ємнісний датчик тиску з покращеними характеристиками за допомогою нахилених мікропіларів, що забезпечують зміну відстані між електродами за рахунок згинання, що дозволяє досягти високої чутливості (0,42 кПа−1) та малої межі виявлення (1 Па). Датчик має стійкість та надійність у відповіді на ємність, завдяки сильному зв'язку діелектричного шару з електродами та відсутності невизначеності, що може бути спричинена наявністю повітряного зазору. Датчик може бути налаштований до будь-якого розміру та форми, що продемонстровано в застосуванні у пристрої для носіння. Дослідження надає нову стратегію для датчиків, які повинні бути чутливими та надійними у реальних умовах. Продемонстровано, що датчик може виявляти вагу одного зерна рису, що відповідає тиску 1 Па, та не піддається впливу механічних пошкоджень. Датчик може бути використаний для виявлення позиції пальців у пристрої для носіння.

2019

Для різноманітних областей, таких як моніторинг кров'яного тиску, взаємодія людина-комп'ютер, робототехніка та виявлення об'єктів, потрібні гнучкі датчики низького тиску (<10 кПа). Для застосування важливо, щоб ці датчики поєднували гнучкість, високу чутливість, міцність та низькі витрати на виробництво. Раніше використовувалися різні рішення, такі як поверхнева мікроструктурування, електронне підсилення (OFET) та гідрогелі. Однак, ці рішення мають обмеження, оскільки вони потребують складних процесів, великих напруг, великих витрат енергії або є чутливими до випаровування. Наші дослідження демонструють неочікуваний прорив у розробці масштабованих, ефективних та міцних електронних шкір. Ми пропонуємо неконвенційний ємнісний датчик на основі композитних пінополімерних матеріалів, заповнених провідними частками карбонового чорнила. Завдяки еластичному згинанню пор піни, чутливість перевищує 35 кПа-1 для тиску <0,2 кПа. Ці характеристики вищі в порівнянні з попередніми роботами на порядок вище. Ці матеріали недорогі, легко підготовлюються та мають високі значення ємності, які легко вимірювати за допомогою недорогої електроніки. Ці матеріали відкривають шлях до впровадження електронних шкір в комерційні застосування. Новий білковий матеріал на основі пінополімерів та провідних частинок карбонового чорнила може бути використаний в різних галузях, таких як розробка електронних шкір для робототехніки, створення датчиків низького тиску для моніторингу кров'яного тиску та виявлення об'єктів, та для розробки нових методів взаємодії людини з комп'ютерами. Цей матеріал має багато переваг, таких як гнучкість, високу чутливість, міцність та низькі витрати на виробництво. Крім того, цей матеріал може бути виготовлений з недорогих і легко доступних матеріалів, що робить його досить доступним для широкого застосування. Застосування нового білкового матеріалу може допомогти вирішити багато проблем, з якими стикаються в даний час деякі галузі, такі як медицина, робототехніка та комп'ютерна інженерія. Наприклад, використання електронних шкір у робототехніці може допомогти створити більш ефективних та точних роботів, що можуть бути використані в різних сферах, таких як медицина та промисловість. Розробка нових датчиків низького тиску може допомогти в моніторингу кров'яного тиску та діагностиці різних захворювань, таких як гіпертензія.

2019

Огляд. У огляді розглянуто останні досягнення в виготовленні, покращенні характеристик та застосуваннях носимих тканинних датчиків деформації. Описано традиційні та нові підходи до виготовлення датчиків деформації, такі як покриття, провідні еластомерні волокна, обмотка, намотування, коаксіальна обробка волокна та в'язання. Обговорюється, як впливають виготовлювальні стратегії на важливі показники продуктивності, такі як електрична провідність, механічні властивості, чутливість, діапазон виявлення та стійкість, щоб продемонструвати їх вплив на механізм виявлення датчиків. Підсумовано потенційні застосування тканинних датчиків в моніторингу структурного здоров'я, вимірюваннях руху тіла, даних рукавичок та розваг. Можливо створити датчики деформації тканин, застосовуючи поєднання матеріалів, стратегій виготовлення та конструкційних рішень. Деякі тканинні сенсори з органічними провідниками мають обмежену розтяжність (зазвичай менше 5%) та еластичність, тому вони можуть вимірювати лише невеликий діапазон деформації до 1%. Покриття тканин провідним матеріалом дозволяє отримати механічні властивості, які майже не відрізняються від початкових тканин. Однак, такі покриття часто мають нижчу розтяжність, що може призвести до пошкоджень. Фібри або нитки є бажаними формами деформаційних датчиків тканин, оскільки їх легко конвертувати в тканини або інтегрувати з ними. Окрім того, фібри з сердцевинно-оболонковою структурою мають високу циклічну стабільність та широкий діапазон вимірювання. Важливо також забезпечити високу лінійність відповіді на деформацію та стійкість до циклічних деформацій.

2019

Розроблено водне нанокомпозитне чорнило з полідиметилсилоксановими субмікрочастинками та електрохімічно одержаним графен-оксидом (EGO). Це чорнило володіє текучістю, самонесущою в'язкоеластичністю та може бути легко витиснуте через дуже маленькі отвори (до 50 мкм), що дозволяє отримати найвищу роздільну здатність для техніки прямого друковання (DIW) з використанням полідиметилсилоксану (PDMS) на даний момент. Завдяки м'якоми термічному відпалу, друковані прилади мають низький опір (1660·см) при низькому порогу перколяції EGO (0,83 об'єм.%) завдяки унікальній нанокомпозитній структурі обмотаних графеном еластомерних частинок. Запропоноване чорнило використано для друку носимих макроскопічних датчиків деформації та надзвичайно малих мікрон-масштабних датчиків тиску. Нанокомпозитне чорнило дозволяє інженерію мікромасштабних функціональних елементів в приладах, які можуть бути використані для налаштування п'єзорезистивного механізму та ступеня п'єзорезистивності. Таким чином, розроблено перше 3D-друкувальне PDMS/графенове чорнило на основі PDMS субмікрочастинок/EGO нанокомпозиту, яке дозволяє високороздільний 3D DIW датчиків деформації з високою продуктивністю як на макро, так і на мікромасштабі.

2019

Глобальний ринок електронних шкір, що дозволяють моніторити функції життєдіяльності та проводити дистанційні діагностики, оцінюється в більше $1,7 млрд. З розвитком синтетичних шкір, які можуть імітувати функціональність природної шкіри, ринок зростає. Стаття презентує останні досягнення та виклики в цій області, а також можливість використання термоелектричних генераторів як потенційного джерела енергії для електронних шкір. Матеріали для виготовлення таких генераторів повинні бути гнучкими, з легкою вагою та розв'язаність, щоб забезпечити належний функціонал. Органічні матеріали з високим показником фактора потужності, такі як полі(3,4-етилендіокситіофен-тосилат), вуглецеві нанотрубки та їх гібридні композити, можуть забезпечити високу продуктивність, але стабільність носіїв заряду n-типу поки забезпечити не можуть. Останнім часом було запропоновано нові допанти та розчинники, щоб зробити носії заряду n-типу стійкими. Інтеркаляція органічних катіонів та молекул в проміжках ван-дер-Ваальса двовимірних матеріалів, таких як дихалькогеніди перехідних металів, може покращити показники TE-властивостей та забезпечити високу гнучкість і зменшення теплопровідності.

2019

Використання рідинних металів, зокрема галієвих сплавів, у м'якій електроніці, особливо електронних шкір (e-шкір), є активно досліджуваним. Рідинні металеві сплави галію мають унікальні фізичні та хімічні властивості для e-шкір завдяки їх високій теплопровідності та провідності електричного струму, а також здатності до електронної плавки. Рідинні метали надають ступінь пружності, який перевершує будь-які інші системи та дозволяє формувати надзвичайно м'які e-шкіри. Вони пропонують можливості для розвитку елементів з надзвичайною м'якістю, пружністю та сумісністю зі шкірою, таких як провідники, електроди, датчики, елементи зберігання/перетворення енергії та самовідновлювальні системи. У цьому огляді розглянуто рідинні сплави галію, їх властивості та застосування для e-шкір, а також досліджено можливості для майбутніх застосувань у м'якій та пружній електроніці.

2020

Розроблено ємнісний гнучкий датчик тиску з полідиметилсилоксаном (PDMS) як еластомерним діелектричним шаром між двома гнучкими провідними електродами. Збільшення пористості/гнучкості PDMS досягнуто зміною мікроструктури за допомогою тонкого шару скрабера у діелектричному шарі для підвищення чутливості до тиску. Створений датчик з мікроструктурним/пористим шаром PDMS-скрабера показує зміну відносної ємності від 0,058% до 25,84% при зміні статичного тиску від 4,4 Па до 216 кПа. Датчик з мікроструктурним/пористим PDMS-шаром має високу чутливість (%) 0,0083 Па-1 у низькому діапазоні тиску (менше 0,022 кПа), швидкий відгук, довговічність та надзвичайно низький поріг виявлення тиску. Чутливість залежить від ефективної площі датчика. Датчики з ефективною площею 324 мм2 мають чутливість до тиску в 10 разів більшу, ніж датчики з ефективною площею 36 мм2. Завдяки високій чутливості в широкому діапазоні тиску, низькій вартості виробництва та простому способу виготовлення, цей гнучкий датчик тиску має потенціал для застосування в біологічних дослідженнях та виробництві носимих пристроїв. Датчик тиску з мікроструктурним/пористим PDMS-скраберним шаром є недорогим та демонструє високу чутливість (%) 0,0046 Па-1 у низькому діапазоні тиску, 0,0051 Па-1 у середньому діапазоні тиску та 4,46 × 10-4 Па-1 у високому діапазоні тиску. Це означає, що датчик може вимірювати тиск з великою точністю в широкому діапазоні значень. Одним з потенційних застосувань цього датчика є вимірювання тиску в системах контролю за підтриманням життєдіяльності, таких як апарати ШВЛ (штучна вентиляція легенів) або інші медичні пристрої. Датчик може бути використаний у виробництві носимих пристроїв, таких як смарт-годинники або фітнес-трекери, для вимірювання пульсу, кров'яного тиску та інших параметрів здоров'я. Крім того, датчик може знайти застосування в інших промислових додатках, таких як моніторинг стану машин та обладнання, вимірювання тиску в нафтогазовій промисловості, контроль за тиском у системах опалення та кондиціонування повітря, тощо.

2020

За допомогою технології прямого друку за принципом Вайсенберга, виготовлено гнучкий датчик тиску з композитним матеріалом GNPs/MWCNT. Для підвищення точності та ефективності друкованої електроніки та датчиків тиску застосовується явище еластичної деформації в неньютонівській рідині або полімері, що називається принципом Вайсенберга. Застосування безперервного обертання мікроголок створює деформацію в матеріалі, що підвищує точність та роздільну здатність виготовленої електроніки та датчиків тиску. Використання принципу Вайсенберга є важливим кроком для покращення продуктивності та ефективності друкованої електроніки. Застосування безперервного обертання мікроголок призводило до ефекту Вайсенберга, що дозволяло ефективно транспортувати розчин та уникати згортання GNPs/MWCNT. Параметри, що впливали на виготовлення чутливих структур, оптимізовані за допомогою ортогональних експериментів. Виготовлено чутливу структуру з кількома гнучкими складками та протестовано чутливість (0,164 кПа-1) та час відгуку/відновлення (100 мс / 100 мс). Нарешті, гнучкий тискомір було прикріплено до пальця, щоб захоплювати об'єкти різної якості та різної форми, що демонструвало його застосування у сфері штучних протезів та реабілітаційних роботів у майбутньому. Це дослідження сприяє розвитку високопродуктивної електронної шкіри для розумних роботів та протезів.

2020

Носимі датчики тиску привертають увагу для різноманітних практичних застосувань, включаючи електронну шкіру, розумні текстильні матеріали та медичні прилади. Проте надалі існують виклики у реалізації носимих датчиків тиску з достатньою чутливістю та низьким гістерезисом при малих механічних впливах. Запропоновано простий, економічний та чутливий ємнісний датчик тиску на основі структур, що складаються з пористого композиту Ecoflex-multiwalled carbon nanotube (PEMC), який забезпечує підвищену чутливість (6,42 та 1,72 кПа-1 в діапазоні 0-2 та 2-10 кПа відповідно) завдяки синергетичному ефекту пористого еластомеру та перколяції наповнювачів з вуглецевих нанотрубок. Структура PEMC має відмінну механічну деформованість та придатність для ефективної інтеграції з носимими пристроями. Крім того, датчик тиску на основі PEMC показує не тільки довгострокову стабільність, низький гістерезис та швидкий відгук під динамічним навантаженням, але і високу стійкість до змін температури та вологості. Нарешті, продемонстровано протезний палець, інтегрований з датчиком тиску на основі PEMC та приводом, а також медичний браслет, який здатен постійно моніторити кров'яний тиск та серцевий ритм. Це корисний підхід для досягнення точного виявлення та моніторингу фізіологічних параметрів в носимих пристроях, що має великий потенціал для застосування в різних областях, включаючи медицину, спорт, віртуальну реальність та робототехніку. Додаткові дослідження потрібні для оптимізації датчика тиску на основі PEMC та його інтеграції з носимими пристроями. Також важливо розглянути питання безпеки та конфіденційності даних, які збираються носимими пристроями, та розробити ефективні заходи для забезпечення приватності користувачів.

2020

Огляд. Обговорюються останні розробки в електроніці, яка включає носиму та імплантовану електроніку, а також електронну шкіру. Ці технології мають широке застосування в охороні здоров’я та робототехніці, що робить фізичні датчики одним із ключових будівельних блоків електроніки. Систематично розглядаються останні досягнення механічних датчиків, датчиків температури та вологості на основі шкіри. Ці датчики використовують різні матеріали, конструкції пристроїв і робочі механізми для виявлення фізичних подразників. Залежно від механізму роботи механічні датчики можуть бути резистивними, ємнісними, п’єзоелектричними або трибоелектричними. Резистивні та ємнісні механічні датчики вимагають зовнішньої системи живлення, тоді як п’єзоелектричні та трибоелектричні датчики мають автономне живлення та більш чутливі до динамічних подразників. Датчики температури можуть бути резистивними датчиками температури, термісторами, піроелектричними або термоелектричними. Резистивні датчики температури є найбільш часто використовуваним типом, з вищою лінійністю та широким робочим діапазоном, але меншою чутливістю. Термістори мають вищу чутливість і більш швидкий відгук, але меншу лінійність. Піроелектричні та термоелектричні датчики мають автономне живлення і можуть перетворювати сигнали температури в сигнали напруги, але термоелектричні датчики вимагають контрольної температури під час тестування. Датчики вологості можуть бути резистивними, ємнісними або залежними від вологи генераторами електроенергії. Вони можуть визначати вологість, вимірюючи зміни питомого опору або ємності. Вологість також може генерувати електроенергію, впливаючи на напругу, що генерується п’єзоелектричними або трибоелектричними датчиками. Також обговорюються нові властивості шкірних фізичних датчиків, такі як універсальність, можливість самовідновлення та можливість імплантації. Багатофункціональні датчики можуть виявляти різні подразники, відкриваючи нові можливості для моніторингу здоров'я, діагностики захворювань і лікування. Датчики, що самовідновлюються, можуть швидко відновлювати механічні пошкодження, тоді як датчики, що імплантуються, можуть безпосередньо вимірювати фізіологічну активність. Однак практичне застосування фізичних датчиків в електроніці все ще стикається з проблемами. Універсальні датчики потрібні для різних сценаріїв, і перешкоди між різними сигналами повинні бути усунуті, щоб отримати високочутливі та надійні фізичні датчики. Крім того, більшість фізичних датчиків потребують зовнішніх систем живлення, що обмежує їх розвиток. Користуються попитом фізичні датчики з автономним живленням. Нарешті, інтеграція фізичних датчиків з хімічними датчиками та біосенсорами є відносно рідкісною, але може забезпечити значні переваги в охороні здоров’я та робототехніці.

2020

У роботі описано розробку високочутливого ємнісного тактильного сенсора з контрольованою морфологією, який базується на інтерлокованих асиметричних наноконусних масивах, інспірованих епідермісом та дермісом людської шкіри. Досліджено методи виготовлення сенсора, проведено кількісний аналіз результатів досліджень, сформульовано основні висновки та підсумки. Розроблений сенсор має високу чутливість, швидкий час відгуку та стабільність, що дозволяє його використовувати в різних застосуваннях, таких як моніторинг фізіологічних сигналів людини, в тому числі для попередження та діагностики різних захворювань. Розроблений сенсор може бути використаний для розвитку гнучкої електроніки, включаючи взаємодію людини з машинами, біомедичні протези та діагностику захворювань.

2020

Огляд. У роботі обговорюються різноманітні технології виготовлення друкованих ємнісних сенсорів, включаючи контактні (флексографію та гравюрування друку) та безконтактні техніки (друкування струменем та аерозольне друкування), та підкреслюються їх характеристики. Ці сенсори зазвичай виготовляють на гнучких і тонкоплівкових підкладках з використанням нових матеріалів, таких як похідні графену, вуглецеві нанотрубки та металеві нанодроти. Найбільш поширеними техніками є трафаретний друк та друкування струменем, а також популярні лазерне записування та розпилення. Друковані ємнісні сенсори включають датчики тиску та сили, датчики температури та вологості, з обмеженою кількістю прискорювачів та газових датчиків. Однак, необхідно вирішувати питання, пов'язані з високоякісним виробництвом, такі як вдосконалення технологій виготовлення для систем великої площі, тестування та калібрування пристроїв, роздільна здатність та точність накладення шарів, однорідність та варіації, інтеграція з електронними друкованими колами. Крім того, можливо уявити тривимірні структури з можливістю стакування різних типів сенсорів або пристроїв. Обіцянка досягнення повних систем, які можна друкувати на механічно гнучких підкладках, все більше визнається як ключовий елемент в Інтернеті речей (IoT) та Четвертій промисловій революції.

2020

У цій роботі досліджується мікроінженерія активного шару датчиків тиску з метою покращення їхньої продуктивності. Датчики тиску відіграють важливу роль у багатьох галузях, включаючи м'яку робототехніку та моніторинг здоров'я. Для покращення продуктивності датчиків тиску групи використовують мікроінженерію активного шару, який деформується під тиском та визначає зміни в вихідному сигналі. Геометрична мікроінженерія активного шару показала покращення параметрів продуктивності, таких як чутливість, динамічний діапазон, ліміт виявлення та час відгуку та релаксації. Існує широкий спектр реалізованих дизайнів, включаючи мікродоми, мікропіраміди, лінії або мікрогребені, папіломи, мікросфери, мікропори та мікроциліндри, кожен з яких пропонує різні переваги для певних застосувань. Для оцінки кожного методу виготовлення критично важливо враховувати однорідність активного шару, легкість виготовлення, універсальність форми та розміру та масштабованість як пристрою, так і процесу виготовлення. Шляхом кращого розуміння того, як техніки мікроінженерії та дизайн порівнюються з датчиками тиску, можна спрямовано розробляти та впроваджувати датчики тиску. У роботі також досліджуються різні методи мікроінженерії активного шару для ємнісних, резистивних, п'єзоелектричних та трибоелектричних датчиків тиску. Кожен тип датчика описується з точки зору механізму виявлення, геометричних мікроінженерних дизайнів та їхніх наслідків на відповідь датчика на прикладений нормальний тиск. Крім того, порівнюються методи виготовлення та геометричні мікроінженерні дизайни датчиків тиску. У роботі також висувається прогноз майбутніх потреб у цій галузі для ефективного задоволення зростаючого попиту на нові датчики тиску в біомедичному просторі. Результати дослідження показують, що мікроінженерія активного шару є перспективним напрямом для покращення продуктивності датчиків тиску та може бути використана для розробки нових та вдосконалення існуючих датчиків тиску.

2020

Огляд. М'які роботи набули популярності через їх внутрішню безпеку на рівні матеріалів, оскільки вони використовують деформовані матеріали, що дозволяють змінювати форму та поведінку, дозволяючи контактувати з об'єктами та маніпулювати ними. Однак інтеграція сенсорів у м'які та розтяжні матеріали стикається з кількома викликами, включаючи багатомодальне сприйняття, здатність до розтягування, вбудовування високороздільних, але великих датчиків, а також об'єднання даних з датчиків, які стають все більш об'ємними. У цьому огляді досліджується з'єднання електронних шкір та машинного навчання, досліджується як робототехніки можуть поєднувати останні розробки з обох галузей, щоб будувати автономних, розгорнутих м'яких роботів з інформативним дотиком та пропріоцепцією для подолання реальних викликів. Поточна робота в галузі зосереджена на проектуванні та виготовленні м'яких роботів, а також на дослідженні того, як машинне навчання може покращити сприйняття м'яких роботів. Наступним кроком є розробка тактильного сприйняття для м'яких роботів, що базується на біологічних принципах та дозволяє їм безпечно взаємодіяти з оточенням. На короткострокову перспективу фокус може бути спрямований на розгорнуті датчики високої роздільної здатності, алгоритми для обробки густої інформації з датчиків та надійний зворотний зв'язок для м'яких роботів. Довгостроковою метою є створення роботів, які можуть дотикатися та відчувати з такою ж чутливістю та сприйнятливістю, як у природних системах. Майбутнє суспільства буде включати в себе роботів, що тісно інтегруються з людством, в тому числі допоміжних роботів для дому, які можуть відчувати та розуміти жести, такі як похлапування по спині, роботів, які працюють поряд з людьми, та дослідницьких роботів, які можуть керувати в непередбачуваному реальному світі.

2020

Гнучкі сенсори з високою чутливістю, широким діапазоном робочих тисків, швидким відгуком та низькими лімітами виявлення викликають широкий інтерес завдяки їх важливій ролі у розвитку носимих штучних пристроїв, взаємодії людини з машинами та систем охорони здоров'я. У даній роботі виготовлено гнучкі та високочутливі ємнісні датчики тиску на основі гнучких електродів з дисками мікрорельєфу та ультратонким діелектричним шаром. Запропонований датчик складається з верхнього мікрорельєфованого електрода, середнього ультратонкого діелектричного шару та нижнього мікрорельєфованого електрода, і проявляє надвисоку чутливість 30.2 кПа 1 (0-130 Па), швидкий час реакції 25 мс, низький ліміт виявлення 0.7 Па та виключну стійкість 100 000 циклів. Аналіз показав, що зміни контактної площі та відстані між двома електродами під впливом зовнішньої дії є критичними для досягнення високих властивостей датчика. Завдяки відмінним комплексним характеристикам продемонстровано великий потенціал ємнісного датчика в моніторингу фізіологічних сигналів та рухів роботів, що вказує на перспективи його застосування в носимих інтелектуальних електронних пристроях.

2020

Гнучкі ємнісні сенсори є важливими компонентами для носимих пристроїв, м'яких роботів та Інтернету речей. Проте їх чутливість до виявлення незначного тиску за різних умов є обмеженою. Для вирішення цієї проблеми демонструється ємнісний ємнісний датчик дотику з відмінними характеристиками, забезпечений тривимірним діелектричним шаром, який складається з нановолокон термопластичного поліуретану, обгорнутих електрично провідними Ag нанопроводами. Цей пристрій має високу чутливість (1,21 кПа-1), швидкий час відгуку (100 мс) та низьку межу виявлення завдяки великому деформуванню та збільшенню ефективної діелектричної проникності під дією компресійної сили. Покращено чутливість датчика за рахунок тривимірних структур та провідного наповнювача. Також створено інтелектуальну рукавичку для гри на піаніно, що моніторить тиск на 10 пальців. Композитні діелектричні шари на основі нановолокон забезпечують відмінну роботу датчика, міцність до 10 000 циклів та потенційні застосування в електронній шкірі для моніторингу різних сигналів. Дешеві методи підготовки матеріалів та пристроїв матимуть важливе значення для майбутніх застосувань носимої електроніки в інтерфейсі людина-машину, запобіганні захворювань та протезних шкірних пристроях.

2020

Огляд. Ємнісні та температурні датчики є ключовими компонентами для створення електронної шкіри. Органічні транзистори, які є внутрішніми логічними пристроями з різноманітними конфігураціями, пропонують великий вибір варіантів для дизайну датчиків та грають важливу роль у створенні ємнісних датчиків для електронної шкіри. Ця область досліджень досягла великих досягнень як у матеріалознавстві, так і в архітектурі пристроїв, що призвело до відмінних результатів у використанні таких датчиків. У даному дослідженні проведено систематичний огляд ємнісних та температурних датчиків на основі органічних транзисторів. Наведено різні структури пристроїв, їх основні принципи роботи та продуктивність. Обговорюється перспектива розвитку цих пристроїв. Ємнісні та температурні датчики є критичними компонентами для створення електронної шкіри. Після років досліджень та еволюції продуктивність ємнісних датчиків на основі органічних транзисторів значно поліпшилася, а механізм їх роботи можна класифікувати за кількома структурами пристроїв, такими як MOS, ISFET та інші. З іншого боку, температурні датчики на основі органічних транзисторів ще потребують додаткових досліджень, оскільки вони мають великий потенціал для використання у електронній шкірі. Наступні кроки у розвитку цих датчиків включають подальшу оптимізацію матеріалів та дизайну пристроїв, що можуть привести до досягнення ще більш високої продуктивності та розширення їхнього використання у різних сферах.

2020

Презентація дисертаційної роботи з умовною назвою Розробка ємнісного датчика тиску на основі композитного матеріалу з органічною полімерною матрицею та неорганічного наповнювача з надзвичайно високою діелектричною проникністю. Ємнісні датчики тиску відіграють важливу роль у різних галузях, від медичних до робототехніки. Останнім часом дослідження ємнісних датчиків на основі композитних матеріалів привернули особливо велику увагу. В даній роботі планується зосередитись на розробці ємнісних датчиків тиску на основі композитних матеріалів, що містять органічну полімерну матрицю та часток з надзвичайно високою діелектричною проникливістю як наповнювач. Основною метою є дослідження властивостей та вибір складових матеріалів, а також оптимізація хімічного складу та структури датчика тиску. Дослідження почнеться з моделювання композитних матеріалів, основаних на виборі сполук з величезною діелектричною проникливістю. Можливі варіанти неорганічних сполук з надзвичайно високою діелектричною проникливістю включають La15/8Sr1/8NiO4, CaCu3Ti4O12, BiZn2/3Nb1/3O3, La0.5Li0.5-xNaxTiO3, La0.67Li0.25Ti0.75Al0.25O3. Для синтезу матеріалу з гігантською діелектричною проникливістю планується використані три методи: твердофазний, золь-гель та осадження. Наступним кроком буде вибір органічного полімерного матриксу, який підходить для створення датчиків тиску. Критерії для вибору органічного полімерного матриксу будуть включати гнучкість, міцність та сумісність з наповнювачем. Можливими варіантами є Polydimethylsiloxane, Ecoflex, Polyurethane, Poron та Bisco HT800. Потім композитний матеріал буде синтезовано шляхом поєднання вибраного наповнювача з органічним полімерним матриксом. Будуть досліджені властивості отриманих матеріалів, включаючи діелектричну проникність, механічну міцність та модуль еластичності. Оцінюватимуться також термічна та хімічна стійкість матеріалу. Буде проведено дослідження датчиків тиску на основі синтезованих композитних матеріалів. Планється вивчити такі властивості датчиків як чутливість до тиску, лінійність та діапазон вимірювання. Будуть проведені порівняння з традиційними датчиками тиску, щоб оцінити ефективність нових датчиків. В результаті дослідження будуть розроблені датчики тиску на основі композитних матеріалів з органічною полімерною матрицею та наповнювачем з високою діелектричною проникливістю. Попередній аналіз літератури показав, що в цьому напрямку є активні розробки та багато різних підходів, що свідчить про актуальність дослідження.

2021

Огляд. Друкована електроніка (PE) - це новітня технологія, яка використовує функціональні чорнила для друку електричних компонентів та ланцюгів на різноманітних підкладках. Ця технологія відкриває нові можливості для виготовлення гнучких, згинаємних та пристосованих до форми пристроїв за низькою ціною та швидкістю. У цій технології використовуються різні технології друку, серед яких особливо цікавими є техніки на основі крапель, оскільки вони надають можливість друкувати керовані комп'ютером шаблони з високою роздільною здатністю та гнучкістю виробництва. Наноматеріали утворюють основу цієї технології, дозволяючи реалізувати різноманітні функції. Проведено інтенсивні дослідження з формування чорнил з провідними, напівпровідниковими, магнітними, п'єзорезистивними та п'єзоелектричними властивостями. У цій статті надається докладний огляд різних технологій друку на основі крапель (струменевий, аерозольний та електрогідродинамічний), зі всебічним обговоренням їх робочих принципів. Проведено докладний огляд досліджень різних функціональних чорнил (металевих, вуглецевих, полімерних та керамічних), різні методи спікання та підкладки, які використовуються в друкованій електроніці. Останнім пунктом є докладний огляд різних фізичних сенсорів, виготовлених за допомогою друкованої електроніки, таких як датчики тиску, температури, вологості, світла та інші. Ці сенсори можуть бути використані в різноманітних пристроях, включаючи медичні пристрої, електронні пристрої для споживачів, смарт-доми та інші. Друкована електроніка є областю, що швидко розвивається і має безліч застосувань. Вона може бути використана для створення гнучкої електроніки, що дозволяє створювати більш зручні та пристосовані до форми пристрої. Крім того, вона є вигідною з точки зору вартості виробництва та швидкості.

2021

Останнім часом розвиток тактильної чутливості досяг значних успіхів завдяки використанню сенсорів, що використовують широкий спектр композитних матеріалів і технологій виготовлення для задоволення вимог різних застосувань, таких як робототехніка, носимі пристрої та інтерактивні системи. Часто для таких застосувань потрібні сенсори дотику на великих площах, що вимагає простого методу виготовлення. В цій роботі презентовано повністю друковані 3D дотикові сенсори з високою чутливістю на основі еластомерних піноутворювачів (суміш полідиметилсилоксану (Polydimethylsiloxane, PDMS) і BaTiO3) як діелектричного шару та електродів на основі композиту PEDOT: PSS та AgNWs. Пристрій має захисну оболонку з PDMS, який є еластомером з високою стійкістю до температури та хімічного впливу. Сенсор протестований в динамічних і статичних умовах, а чутливість склала 0,918 % kPa-1 з відмінною лінійністю (99,77%). Представлений підхід до виробництва м'якої та гнучкої електронної шкіри (e-Skin) в одному єдиному автоматизованому кроці має потенціал для трансформації застосувань, таких як носимі пристрої, моніторинг здоров'я та реабілітація за допомогою дешевих та легко виготовлюваних сенсорів з високими технічними характеристиками.

2021

Основною метою даного дослідження є покращення чутливості сенсорів за допомогою пористих структур та конічно-подібних візерунків у складі ємнісного датчика тиску. У роботі запропоновано простий і швидкий метод виготовлення пористих структур та конічно-подібних візерунків, використовуючи мікрохвильову обробку емульсій, що містять полідиметилсилоксан (PDMS) та розчинник-жертву. За допомогою цього методу можливо просто виготовити пористий діелектричний шар PDMS за декілька хвилин. Чутливість сенсорів значно покращилася завдяки збільшенню деформованості та підвищенню діелектричної сталої при зовнішньому тиску. Досліджено вплив відстані між візерунками, і датчик із відстанню візерунків 600 мкм показав високу чутливість приблизно 5 кПа-1. Крім того, досліджено вплив співвідношення пропорцій та гостроти візерунків за допомогою аналізу методом скінченних елементів. Нарешті, продемонстрована робота сенсора за допомогою масиву сенсорів та сенсорів, що прикріплюються до пальців. Вони показали достатню продуктивність для застосування в носимих пристроях, придатних для штучної шкіри, хірургічних роботів та систем моніторингу тиску. Сенсори показали швидкий час відгуку 16 мс та стійкі вихідні сигнали під час цифрового тестування до 5000 циклів. Доведено, що запропонований метод є ефективним у покращенні чутливості сенсорів та може мати практичні застосування в різних галузях.

2021

Огляд. Гнучкі ємнісні датчики тиску використовуються в електронних шкірах, м'яких роботах, взаємодії людини з машинами тощо. Серед різноманітних ємнісних датчиків тиску, ємнісні мають багато переваг, такі як проста структура, нечутливість до температури та вологості, низький споживання енергії тощо. Однак, питання поліпшення їх чутливості залишається актуальним. Розглянуто роботи з покращення чутливості ємнісних датчиків тиску, включаючи визначення показників оцінки продуктивності, робочий принцип, використовувані матеріали та структури конденсаторів. Далі порівнюються ефективні способи отримання високої чутливості датчиків тиску і прогнозується напрямок розвитку ємнісних гнучких датчиків тиску. Розглянуто методи покращення чутливості гнучких ємнісних датчиків тиску, зокрема за допомогою мікроструктур, пористих матеріалів та композитних діелектриків. Побудова мікроструктури та створення пористих матеріалів призводить до збільшення зміни ємності за рахунок зменшення модуля Юнга діелектричного шару та збільшення діелектричної сталої під тиском, тоді як виготовлення композитного діелектрика за допомогою наночастинок може забезпечити збільшення чутливості шляхом збільшення поверхні діелектричного шару. Також розглянуто використання механічних підсилювачів, таких як резонатори та резистивні елементи, для збільшення вимірюваного тиску та покращення чутливості датчиків тиску. Окрім того, розглянуто використання інших методів для покращення чутливості ємнісних датчиків тиску, таких як оптимізація геометрії датчика, використання різних матеріалів для створення діелектричного шару, та використання методів зміни окремих параметрів датчика, таких як товщина діелектричного шару та розмір електродів. Ємнісні гнучкі датчики тиску мають великий потенціал для використання в різних областях, таких як медицина, робототехніка, автомобільна промисловість та інші, тому їх подальший розвиток та покращення чутливості є актуальним завданням.

2021

Описано розробку нового ємнісного датчика тиску на основі пористого полідиметилсилоксану (PDMS) з оптимізованим рівнем пористості діелектричного шару для вимірювання тиску в спортивній галузі. Датчик складається з пористого діелектричного шару PDMS та двох провідних електродів на основі тканини. Пористий PDMS діелектричний шар отримано за допомогою додавання до суміші PDMS та натрію гідрогенкарбонату (NaHCO3) кислоти азотної (HNO3), що ініціює утворення пористих мікроструктур всередині діелектричного шару PDMS шляхом звільнення газу діоксиду вуглецю (CO2). Дев'ять різних датчиків тиску виготовлені з різними рівнем пористості (розмір пор, товщина) та діелектричною проникністю шару PDMS, температурою витримки, концентрацію в суміші PDMS та співвідношенням компонентів HNO3/PDMS. Відповідь виготовлених датчиків тиску досліджувалася при тиску від 0 до 1000 кПа. Отримано зміну ємності від 100 до 323 і 485% при збільшенні температури витримки від 110 до 140 і 170 °C відповідно. Аналогічно, зміна ємності від 170 до 282 і 323% була отримана при збільшенні концентрації HNO3/PDMS від 10 до 15 і 20%. Крім того, зміна ємності від 94 до 323 і 460% отримана при збільшенні співвідношення основи PDMS до затверджувача від 5:1 до 10:1 до 15:1. Дослідження показали, що датчики тиску на основі пористого PDMS мають високу чутливість до тиску та добру кореляцію між вимірюванням тиску та зміною ємності. Крім того, вони можуть бути виготовлені з різним рівнем пористості та діелектричної сталості, що дозволяє використовувати їх в різних сферах, включаючи спортивну галузь. Ємнісний датчик тиску на основі пористого PDMS може бути використаний для розробки нових та покращення існуючих приладів для вимірювання тиску, що дозволить підвищити точність та надійність вимірювання.

2021

Огляд. Розглядаються останні досягнення в гнучких ємнісних датчиках тиску, від дизайну та матеріалів до застосування. Для вимірювання тиску використовуються різні одиниці, такі як фунти на квадратний дюйм, міліметри ртутного стовпа, атмосфери, мілібари та паскалі. У статті описано різні типи датчиків тиску, включаючи конвенційні та гнучкі датчики, що монолітно інтегруються з інтегральними схемами та CMOS-електронікою. Автори також досліджують різні параметри, які визначають продуктивність гнучких ємнісних датчиків тиску, такі як точність, розширення, чутливість, лінійність та вибірковість. Наведено приклади застосування гнучких ємнісних датчиків тиску в різних галузях, таких як авіаційна, автомобільна, морська, медична та електроніка споживчого призначення. Автори закликають дослідників звітувати про значення цих параметрів у своїх майбутніх дослідженнях для кращого розуміння та порівняння гнучких ємнісних датчиків тиску.

2021

Огляд. Останнім часом ємнісні датчики привернули увагу як для здоров'я, так і для штучного інтелекту. Однак їх розміри та системи не є гнучкими, що обмежує їх використання в реальному житті. Для розв’язання цих проблем досліджуються гнучкі датчики малих розмірів, які використовують рух тіла як стимул для збору точніших і різноманітних сигналів. Зокрема, тактильні датчики наносяться безпосередньо на шкіру і надають сигнали зміни руху для гнучкого пристрою зчитування. У цьому огляді розглянуто різні типи тактильних датчиків та їх механізми роботи: п'єзорезистивні, п'єзоємні, п'єзоелектричні та трибоелектричні. Огляд не тільки представляє застосування тактильного датчика для вимірювання руху та моніторингу здоров'я, але й їх внесок в галузь штучного інтелекту за останні роки. У роботі було досліджено тактильний датчик та його розвиток. Результати дослідження показали, що п'єзорезистивний, п'єзоємний, п'єзоелектричний та трибоелектричний механізми роботи застосовані до датчиків дотику, демонструють відмінну роботу, що дає добрі результати в області моніторингу руху, здоров'я та штучного інтелекту. Матеріали, мікроструктура та наноструктура можуть запропонувати великий потенціал для покращення датчиків. Штучний інтелект, що використовує тактильні пристрої, має великі досягнення в дослідженні імітації людських відчуттів, таких як дотик, тиск, вібрації та температуру. Застосування тактильних датчиків у штучному інтелекті включає розпізнавання об'єктів та їх характеристик за допомогою дотику, підвищення точності роботи маніпуляторів у робототехніці, взаємодію робота з людиною. Крім того, тактильні датчики також мають потенціал для застосування у медицині, де вони можуть використовуватися для діагностики різних захворювань шкіри та надання точної діагностики захворювань нервової системи. Тактильні датчики можуть бути використані для створення роботів з підвищеною чутливістю, що здатні спілкуватися з людьми через дотик; можуть допомогти у відновленні рухових функцій людей після травм або інших захворювань шляхом збору та аналізу даних про рух. Крім того, тактильні датчики можуть використовуватися для розпізнавання текстур та форм об'єктів, що дозволяє розробляти більш точні системи роботів для виконання складних завдань. Застосування тактильних датчиків також може допомогти в покращенні безпеки людей у небезпечних умовах роботи, наприклад, у гірничій промисловості або під час рятувальних операцій.

2021

Огляд. В останні роки значна увага приділяється датчикам, які можуть імітувати властивості людської шкіри. Серед них ємнісні датчики привернули увагу завдяки своїй простій структурі, малим втратам, відсутності температурного дрейфу та іншим відмінним властивостям. Ці датчики мають численні застосування в таких сферах, як робототехніка, взаємодія людини і машини, медичне обслуговування та моніторинг здоров’я. Однак при використанні в гнучких ємнісних датчиках полімерні матриці страждають від високого гістерезису через їх майже незмінний об’єм під тиском і притаманну їм в’язкопружність. Щоб подолати це обмеження, дослідники зосередилися на покращенні продуктивності сенсорної системи шляхом розробки мікроструктур матеріалів. Зокрема, вивчено два типи датчиків на основі прикладених сил: датчики тиску та датчики деформації. У датчиках тиску зазвичай використовуються п’ять типів мікроструктур, а в датчиках деформації – чотири. Переваги, недоліки та практичні значення цих різних структур систематично розроблені. Показано, що мікроструктуровані діелектричні шари або електроди покращують чутливість датчика, зменшують гістерезис і надають жорстким електронним пристроям відмінну еластичну розтяжність. Ці властивості мають вирішальне значення для розробки носимих пристроїв і м’яких роботів нового покоління. Однак існують конфлікти між високою чутливістю та розтяжністю, між гістерезисом і захистом від перешкод, а також між однорідністю та вартістю, які необхідно враховувати при проектуванні ємнісних датчиків з різними мікроструктурами. Незважаючи на ці проблеми, розвиток нових технологій, таких як бездротовий зв’язок і суперконденсатори, сприяв швидкому розвитку ємнісних датчиків. Завдяки подальшим дослідженням і розробкам можна розробити багатофункціональні електронні шкіри з такими ж або навіть кращими характеристиками, ніж людська шкіра. Цей огляд забезпечує всебічне розуміння проектування передових гнучких і розтягуваних ємнісних датчиків з використанням геніальних мікроструктур, створених людиною.

2021

Огляд. У огляді підсумовуються дослідження в галузі п'єзорезистивних, п'єзоелектричних та ємнісних датчиків тиску. Обговорюються гнучкі датчики тиску з високою продуктивністю, розроблені для різних вимог застосування, такі як самопоживні датчики тиску, багатофункціональні датчики тиску та самовідновлювальні датчики тиску, а також поточні проблеми та потенційні перспективи гнучких датчиків тиску. Представлено досягнення у галузі гнучких датчиків тиску від базового дизайну трьох механізмів виявлення до концепції оптимізації для практичного застосування. Нові виникаючі матеріали та структури, використані для виготовлення п'єзорезистивних, п'єзоелектричних та ємнісних датчиків тиску, дозволили значно покращити їх чутливість та точність вимірювань, а також зменшити їх вагу та розміри. Наприклад, розроблені нові мультиматеріальні структури для п'єзорезистивних датчиків тиску, які забезпечують високу чутливість та стійкість до механічних пошкоджень. Крім того, нові технології виготовлення, такі як друк 3D та нанотехнології, дозволяють виготовляти гнучкі датчики тиску з різними формами та розмірами. Для практичних застосувань розроблені нові гнучкі датчики тиску з високою продуктивністю, такі як самопоживні датчики тиску, які не потребують додаткового джерела енергії для роботи, багатофункціональні датчики тиску, які можуть вимірювати не тільки тиск, але й температуру, вологість та інші параметри, а також самовідновлювальні датчики тиску, які можуть відновлюватися після механічних пошкоджень. Однак, наразі існують певні проблеми у галузі гнучких датчиків тиску, такі як нестабільність вимірювань при зміні температури, поганий контакт з поверхнею, а також складність інтеграції з електронними пристроями. Для подолання цих проблем необхідно проводити подальші дослідження та розробки у галузі гнучких датчиків тиску. У майбутньому, дослідження нових механізмів датчиків та виготовлення нових матеріалів та структур, будуть ключовим напрямком у розвитку гнучких датчиків тиску. Важлимим аспектом також буде вдосконалення інтеграції гнучких датчиків тиску з електронними пристроями, що дозволить використовувати їх у різних сферах, наприклад, у медицині, спорті, автомобільній та авіаційній промисловості, промисловості розваг та інших. Також важливим є забезпечення надійності та довговічності гнучких датчиків тиску, що дозволить зменшити витрати на ремонт та заміну. Крім того, гнучкі датчики тиску можуть стати ключовим елементом у розвитку Інтернету Речей (IoT), де вони можуть вимірювати тиск у різних системах та передавати цю інформацію до центральної системи для аналізу та моніторингу. Це дозволить управляти системами з високою точністю та ефективністю.

2021

У різних сферах застосування збільшується потреба у гнучких датчиках тиску з високою чутливістю та широким діапазоном вимірювання. В роботі розроблено гнучкий та чутливий ємнісний датчик тиску на основі пористої іонної мембрани. Датчик містить діелектричний шар на основі полівінілового спирту/калій гідроксиду з мікропорами та дві плівки індію-олова на терефталаті поліетилену (ITO-PET), які нанесені зверху та знизу. Сенсорна дія полягає в створенні подвійного електричного шару між електродами ITO-PET та мембраною PVA/KOH. Завдяки покращенню деформованості такого еластомерного діелектричного шару з мікропорами, чутливість значно покращується, а діапазон вимірювання тиску значно розширюється. У порівнянні з традиційним датчиком тиску, розроблений датчик забезпечує високу чутливість до 20.83/кПа та швидку динамічну відповідь (50 мс) при вимірюванні тиску. Датчик нечутливий до згинання та стабільний в низькотемпературному діапазоні. Крім того, створено ємнісну мережу датчиків для вимірювання просторового розподілу тиску та його величини.

2021

Тривимірний (3D) друк став значним методом виготовлення для м’якої робототехніки завдяки його здатності створювати складні 3D-структури з комп’ютерних конструкцій за кілька етапів і можливості спільного нанесення кількох матеріалів. У цій статті ми обговорюємо застосування 3D-друку для виготовлення чотирьох типів тактильних датчиків, які зазвичай використовуються для м’якої робототехніки: п’єзорезистивних, ємнісних, п’єзоелектричних і трибоелектричних датчиків. Ми представляємо механізм 3D-друку, матеріал і структуру для кожного типу датчика, а також обговорюємо потенціал 3D-друкованих тактильних датчиків у майбутньому. 3D-друк може спростити процес виготовлення, дозволити виробництво макроструктур і, зрештою, призвести до розробки багатофункціональних тактильних датчиків, інтегрованих у різні форми м’якої робототехніки для складних завдань. Для подальшого підвищення адаптивності та функціональності цих датчиків пропонується вивчити вплив 3D-друку на функціональність матеріалу та розробку конструкції пристрою. Крім того, бажано друкувати тактильні датчики з іншими пристроями та виготовляти всього м’якого робота за один крок без складання. Однак такі проблеми, як механічна сумісність інтерфейсу та перешкоди від сусідніх матеріалів і структур, повинні бути вирішені за допомогою інженерії деформацій і розробки систем матеріалів для друку. .... Ємнісні датчики складаються з провідних електродних матеріалів і діелектричних матеріалів. Основна структура ємнісних датчиків складається з паралельних пластинчастих конденсаторів. Такі еластомери як PDMS, силікони та TPU, використовуються як діелектричні матеріали для ємнісних тактильних датчиків завдяки їх еластичності та хімічній стабільності, які є бажаними властивостями для м’яких роботів. Вуглець/полімерні композити та метал/полімерні композити є популярними електродними матеріалами для ємнісних тактильних датчиків, тоді як іонопровідні матеріали та метали можуть служити електродами. Ці матеріали підходять для 3D-друку.

2022

Огляд. Попит на носиму електроніку з автономними пристроями збору та накопичення енергії призвів до значного інтересу до трибоелектричних наногенераторів, що розтягуються (TENG). Однак розробка відповідного електрода для повністю переносних пристроїв TENG залишається серйозною проблемою. У цій оглядовій статті представлено останні розробки нових матеріалів і методів розробки електродів, що розтягуються, зосереджуючись на електродних компонентах для носіїв. Також розглядаються матеріали з такими потенційними властивостями, як прозорість, здатність до самовідновлення та водостійкість, включаючи полімери, композити, неорганічні та керамічні матеріали, 2D-матеріали та вуглецеві наноматеріали. Досліджуються різні стратегії виготовлення та методи геометричних візерунків для розробки електродів з високою розтяжністю для носимих пристроїв TENG. Обговорюються проблеми та можливі пропозиції щодо майбутніх удосконалень розтяжних TENG. Матеріали, які розтягуються або поєднують м’які та жорсткі провідні матеріали, широко досліджені для носіння TENG. Однак повністю придатний для носіння пристрій TENG вимагає більш детального розуміння потенційних матеріалів і стратегій. Збереження розтяжності та сталої вихідної продуктивності, а також інтеграція розтягуваних TENG з доменами зберігання енергії залишається проблемою. Огляд пропонує вивчити потенційні матеріали, придатні для кожного компонента вузла TENG, які можуть зберегти вихідну потужність, стабільність циклу та гнучкість. Крім того, необхідно продовжити дослідження матеріалів із подібними механічними властивостями та внутрішньою здатністю до розтягування, а провідні матеріали, які за своєю суттю є гнучкими та легко інтегруються з іншими компонентами, мають бути пріоритетними. Нові стратегії виготовлення, такі як висока площа поверхні та здатність до деформації, зморшкуваті та вигнуті поверхні, конструкції серцевина-оболонка та вбудовані структури також повинні бути досліджені.

2022

Огляд. М’які датчики тиску, зокрема ємнісні датчики тиску (CPS), є ключовими компонентами в розробці електронних оболонок (e-skins), які знаходять все більше застосування в м’якій робототехніці та біоелектроніці. М’які CPS продемонстрували м’якість і чутливість, подібні до людської шкіри, після двох десятиліть швидкого розвитку, але залишаються дві основні перешкоди для їх практичного застосування: зниження чутливості із збільшенням тиску та поєднана реакція між розтягуванням у площині та поза межами площинний тиск. Сучасні стратегії подолання цих проблем передбачають створення м’яких діелектриків з пористою та/або високою діелектричною проникністю, але шукаються додаткові перспективні методи. Ця перспектива підкреслює необхідність приділяти увагу чутливості при високому тиску з належним упакуванням, узгодженістю продуктивності, швидшою реакцією та відновленням, непомітним зношуванням шкіри людини та розділеними реакціями в площині та поза площиною. Майбутні інновації в матеріалах, структурах, виробництві та конструкціях пристроїв необхідні для вдосконалення CPS для передових застосувань, таких як мультимодальне зондування та нейроморфні системи. Загалом існує великий потенціал для подальшого розвитку механічно м’яких і функціонально кращих CPS. М’який CPS, особливо розтягнутий CPS, буде необхідним для створення майбутніх м’яких роботів, біоелектроніки та розширюваних сенсорних дисплеїв. Удосконалення CPS відкриє шлях для більш передових та інноваційних технологій.

2022

Носимі пристрої є невід’ємною частиною сучасного життя, і гнучкі ємнісні датчики тиску, як їх світлодіодна підгрупа, відіграють значну роль у наш час завдяки наднизькому енергоспоживанню. В останні роки були запеклі дебати, а також численні дослідження щодо покращення чутливості ємнісних датчиків тиску, але життєво важливою проблемою масового виробництва високочутливих датчиків недорогим методом все ще залишається. У цій статті, щоб задовольнити промислові потреби, ми пропонуємо простий метод виготовлення сендвіч-структурованих ємнісних датчиків тиску в промислових масштабах і з низькою ціною; як електропрядовий колектор використовувалися екрани з нержавіючої сталі з регулярними візерунками та структурами, щоб отримати діелектрик із зовнішньою мікроструктурою та внутрішніми порами (подвійна структура). Підготовлений датчик тиску складається з термопластично-уретанової плівки з нановолокон, виготовленої з електроволокна, як діелектрик, у середині та двох провідних тканих тканин у верхній і нижній сторонах як електроди. Завдяки високому вмісту повітря в шарі діелектрика розроблений датчик демонструє видатну продуктивність чутливості, таку як висока чутливість (0,28 кПа−1) в області низького тиску (0−2 кПа), швидкий час відгуку/розслаблення (65/78 мс) і високу міцність (1000 циклів). Крім того, виготовлений датчик тиску використовується не тільки для виявлення рухів кінцівок людини та захоплення предметів, але й для визначення розподілу тиску в стані матриці датчиків, таким чином демонструючи потенціал застосування в приєднуваній електроніці, що носить.

2022

Ємнісні датчики мають широкі перспективи застосування. Їх діелектричний шар затвердіває під високим тиском, чутливість знижується, а чутливість стає нелінійною. Щоб вирішити цю проблему, використовується нова стратегія для включення пустот, діелектричного наповнювача та провідного наповнювача в діелектричний шар. По-перше, «корінь», подібний до дендритного колоїдного поліуретану (DCPU), готується для захоплення різного вмісту вуглецевих нанотрубок (CNT) і титанату барію (BaTiO3, BT), перш ніж такий гібридний наповнювач наноситься на основу поліуретанової піни. Для ємнісних датчиків тиску спостерігається, що чутливість зростає зі збільшенням вмісту наповнювача. Що ще важливіше, додавання CNT у внутрішній шар гібридного наповнювача, що містить BT у зовнішньому шарі, призводить до лінійного вимірювання тиску в широкому діапазоні тиску. Крім того, загальна продуктивність досягає чутливості 2,51 кПа при 0–100 кПа та лінійності R = 0,9989, а сигнали стабільні після 1000 циклів. Нарешті, успішно продемонстровано, що пелюстки вагою 96 мг і фізіологічні сигнали людського тіла, такі як серцебиття, амплітуда поворотів рук і згинання суглобів, можуть бути виявлені. Ця робота є новим джерелом натхнення для розробки ємнісних датчиків із високою чутливістю та високою лінійністю для реалізації медичного моніторингу здоров’я та виявлення руху.

2022

Огляд. Носимі електронні пристрої широко використовуються для моніторингу сигналів людського тіла, інформації, медицини та здоров’я. Ємнісні датчики привертають увагу для носимих смарт-терміналів, а розвиток технології 5G збільшить близькість між людьми та носимими пристроями. Гнучкі датчики тиску, які можна носити, приділяють велику увагу. Тому цей огляд зосереджений на гнучких переносних ємнісних датчиках, які складаються з двох основних компонентів: діелектричного та електродного шарів. Ефективність електроніки датчика можна вивчати за допомогою підкладки, наповнювача та структури, що використовуються для кожного компонента. Стратегії проектування можуть допомогти отримати високоефективні ємнісні датчики, включаючи чотири типи структур діелектричного шару та чотири широко використовувані матеріали електродного шару. Інтеграція високоефективних датчиків тиску з функцією самовідновлення може змусити електронну шкіру функціонувати як справжня шкіра, а системи з інтегрованими матрицями датчиків можуть забезпечити більш комплексні функції виявлення. Підготовка шару діелектрика є найкращим рішенням, і матеріал кожного шару діелектрика та відповідна стратегія проектування мали б унікальний вплив на параметри продуктивності. Конфлікт між високою чутливістю та розтяжністю все ще є складним завданням для об’єднання. Триває розробка багатофункціональних гнучких розтягуваних ємнісних датчиків з геніальною мікроструктурою та більш широкими перспективами застосування. Таким чином, існування цих конфліктів не є нерозв’язним, і вони стимулюють розвиток сенсорів з мікроструктурами. Підсумовуючи, у цій статті обговорюються ключові концепції, методи підготовки та продуктивність гнучких переносних ємнісних датчиків, а також представлені майбутні тенденції розвитку.

2022

Огляд. Останні технологічні досягнення, такі як техніка друку матеріалів і функціональність поверхні, значно сприяли розробці нових датчиків довільної форми для наступного покоління гнучких, переносних і тривимірних електронних пристроїв. Зокрема, існує високий попит на датчики з керамічної плівки для виробництва надійних гнучких пристроїв. Процес виготовлення керамічних плівок зазнав різноманітних розробок, таких як фотокристалізація та методи перенесення, які дозволяють формувати керамічні плівки на пластикових підкладках при дуже низькій температурі. Серед різноманітних гнучких датчиків найбільше збільшення досліджень отримали датчики деформації для точного виявлення руху, наприклад ті, що використовуються для виявлення руху людських м’язів, і фотодетектори для біомоніторингу, наприклад для постійного моніторингу рівня глюкози. Інші основні датчики температури та вологості також почали демонструвати зростання. Нещодавно гнучкі газові та електрохімічні датчики привернули значну увагу завдяки новій програмі моніторингу в реальному часі, яка використовує людське дихання та потовиділення для точної діагностики передсимптоматичних станів. Реалізація низькотемпературних процесів для датчиків із керамічної плівки та пов’язаних з ними компонентів призведе до виробництва хімічно стабільних і надійних сенсорних пристроїв вільної форми. Це задовольнить вимоги, які можуть бути виконані лише за допомогою гнучких металевих та органічних компонентів. Поверхнева функціональність компонентів керамічної плівки на підкладках вільної форми надає можливості для нових конструкцій пристроїв, які не обмежені формою електронних схем. Це призведе до розробки нових застосувань, таких як надійні сенсорні пристрої для біомоніторингу ділянок шкіри, передові медичні інструменти з 3D-структурою та транспортні машини наступного покоління.

2022

Огляд. Ємнісні датчики тиску на текстильній основі мають великий потенціал у носимій електроніці завдяки своїй чудовій гнучкості, повітропроникності та комфорту. Вони можуть вводити пористі повітряні проміжки та мікро/наноструктури для підвищення ефективності. У цьому огляді представлено поточні дослідження та прогрес у галузі ємнісних датчиків тиску на основі текстилю, обговорюючи їх п’ять форм, включаючи електроди з текстильною структурою, діелектричні шари з текстильною структурою, повністю текстильні структури, структури пряжі та структури міжпальцевих електродів. Обговорюються матеріали та методи виготовлення функціональних текстильних шарів, включаючи технологію плетіння, модифікацію тканинної підкладки та технологію електропрядіння. Для датчиків на основі текстилю розглядаються три типи пристроїв із сендвіч-структурою, структурою пряжі та структурою в площині. Нарешті, продемонстровано застосування ємнісного датчика тиску на основі текстилю в пристроях, що носяться людиною, сенсорних роботах і взаємодії людини з машиною, що вказує на їх великий потенціал застосування в інтелектуальних електронних пристроях, що носяться. Однак існуючі пристрої все ще мають обмеження щодо процесу виготовлення та застосування, такі як покращення провідності та довговічності електродів на основі текстилю та діелектричних шарів, досягнення можливості прання розумного одягу та зменшення перехресних перешкод між ємнісними сигналами. Майбутні дослідження можуть бути зосереджені на вивченні нових матеріалів і розробці нових процесів для покращення продуктивності датчиків і розробці досліджень багатофункціональної інтеграції сенсорів на основі текстилю для розробки зручного, недорогого та багатофункціонального розумного текстильного одягу.

2022

Гнучкий датчик тиску з високою гнучкістю, легкою конформністю, високою чутливістю та швидкою реакцією є новим гнучким електронним пристроєм. Це також критично важливий пристрій для розробки тактильного штучного інтелекту, Інтернету речей, переносної електроніки та відповідних технологій. Стратегії, засновані на розробці чутливих функціональних матеріалів, проектуванні та будівництві структури пристроїв, а також оптимізації методів виготовлення, широко використовувалися для покращення повної ефективності гнучких датчиків тиску. Серед них використання мікроструктури функціонального шару гнучкого датчика тиску для підвищення його продуктивності зазвичай вважається одним із найефективніших способів. У цій статті узагальнено останній прогрес досліджень мікроструктурованих гнучких датчиків тиску за останні роки. В основному він зосереджений на механізмі підвищення продуктивності мікроструктурованого гнучкого датчика тиску, методах конструкції та виготовлення мікроструктури, нових чутливих функціональних матеріалів, а також на його застосуванні у взаємодії людини з машиною, медицині та охороні здоров’я та інших відповідних галузях. Нарешті, перспективний розвиток мікроструктурованого гнучкого датчика тиску.

2023

Штучна шкіра - це матеріал, створений людиною, який імітує властивості справжньої шкіри. Його можна виготовляти з різних матеріалів, таких як поліуретан, полівінілхлорид (ПВХ), поліестер або поліамід. Цей матеріал може використовуватися для виробництва одягу, взуття, меблів, автомобільних сидінь та інших предметів, які зазвичай виготовляються зі шкіри. Для того, щоб зробити штучну шкіру чутливою до дотику, можна використовувати різні технології, такі як ємнісні сенсори або оптичні датчики. Один з методів полягає використанні п'єзоелектричних матеріалів, які генерують електричний заряд при деформації. Цей заряд може бути виміряний за допомогою спеціальних датчиків та перетворений в сигнал, який може бути інтерпретований як дотик. Також можна використовувати еластомерні матеріали, які змінюють свій електричний опір при деформації. За допомогою електричних схем, які перетворюють зміну опору в сигнал, можна визначити місця дотику та його силу. Розробка ємнісного датчика тиску (CPS) має кілька важливих причин: широке застосування, висока чутливість, гнучкість та адаптивність, безпека та комфорт. Ємнісні датчики тиску знайшли широке застосування у медицині, робототехніці, віртуальній реальності та ігровій індустрії, а також у виробничих процесах. Є кілька методів вимірювання тиску за допомогою ємнісних датчиків, таких як одношаровий датчик, датчик з мембраною та методи вдосконалення датчиків, такі як використання нанотехнологій та інтеграція з мікроконтролерами. Ємнісні датчики тиску є важливим класом сенсорів з високою чутливістю та точністю, які можуть вимірювати статичний та динамічний тиск. Використання електронної шкіри з ємнісними датчиками тиску дозволяє роботам та іншим пристроям відчувати та аналізувати оточуюче середовище, що збільшує їх ефективність у виконанні задач.

2023

Огляд. Розвиток гнучкої електроніки має великий потенціал для розвитку в багатьох галузях, таких як розумна електронна шкіра та носима електроніка. Гнучкі сенсори вважаються основною складовою гнучких електронних систем, тому вони широко досліджуються. На відміну від традиційних жорстких сенсорів, гнучкі сенсори можуть бути виготовлені простими методами з відмінною ефективністю виробництва та надійною вихідною продуктивністю. Такі сенсори можуть бути пристосовані до неправильної поверхні, на яку вони застосовуються. Ринок гнучких сенсорів та відповідних продуктів очікується значно більшим, ніж ринок носимих та друкованих сенсорів. Особливо швидко зростають гнучкі вологостійкі сенсори та гнучкі сенсори напруги/тиску. Для подальшого розвитку гнучких сенсорів потрібно врахувати деякі виклики, такі як біосумісність та придатність матеріалів, механічні характеристики та величини електричних сигналів. Необхідно покращувати якість сенсорів, збільшувати їх точність та стійкість, застосовуючи прості та економічні процеси виробництва. Представлені механізми роботи вологостійких та сенсорів напруги/тиску, популярні матеріали, структури та методи виробництва сенсорів. Надалі треба розвивати нові матеріали, структури та кращі методи виробництва для покращення функціональності гнучких сенсорів.