新型運(yùn)動(dòng)傳感器是邁向低成本 高性能可穿戴技術(shù)的重要一步

FAMU-FSU工程學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一類突破性的運(yùn)動(dòng)傳感器，可以預(yù)示著無處不在的，完全集成且價(jià)格合理的可穿戴技術(shù)。

在材料與設(shè)計(jì)期刊上發(fā)表的一篇論文中，F(xiàn)SU高性能材料研究所的工程師與法國里昂國家科學(xué)研究院的科學(xué)家們合作，詳細(xì)介紹了一系列先進(jìn)系列的令人印象深刻的特性和具有成本效益的制造工藝。運(yùn)動(dòng)傳感器采用巴基斯坦剃刀薄而柔韌的純碳納米管片制成。

這些新型巴克紙傳感器代表了當(dāng)前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的顯著改進(jìn)，大多數(shù)傳感器太粗糙或太不靈活，無法可靠地監(jiān)控人體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

“當(dāng)前的技術(shù)不是為此而設(shè)計(jì)的，”高性能材料研究所所長兼FAMU-FSU工程學(xué)院教授Richard Liang說。“對(duì)于傳感器技術(shù)，您需要它具有靈活性，您需要它可以負(fù)擔(dān)得起，并且您需要它可擴(kuò)展。這種新技術(shù)是多功能的，傳感器可以負(fù)擔(dān)得起打印。這是一項(xiàng)重大創(chuàng)新，提供了許多可能性“。

在這個(gè)階段，可打印的巴克紙傳感器的潛在應(yīng)用僅受到研究人員想象力的廣泛限制。低調(diào)的設(shè)計(jì)可以集成到床單中以監(jiān)控睡眠質(zhì)量，鞋子可以跟蹤步數(shù)和姿勢，也可以用于訓(xùn)練服來測量運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度。

研究人員還預(yù)見到超出可穿戴技術(shù)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用。在軟機(jī)器人領(lǐng)域，該材料可以促進(jìn)響應(yīng)性，自我修正的人造肌肉的生產(chǎn)。

此外，可伸縮傳感器代表了“物聯(lián)網(wǎng)”長期預(yù)測未來的另一個(gè)步驟，其中幾乎所有個(gè)人的計(jì)算機(jī)，設(shè)備，服裝，家具和設(shè)備都是數(shù)字連接的，以便在云中自由交換信息。

“大多數(shù)項(xiàng)目沒有這么多可能的應(yīng)用，”該研究的第一作者，博士候選人Joshua DeGraff說。“這種材料可用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，可穿戴技術(shù)以及介于兩者之間的一切。我很興奮，因?yàn)檫@可能會(huì)影響很多人的日常生活。”

這種新穎的傳感器結(jié)構(gòu)將一條七微米薄的巴基紙與一個(gè)普通的商用噴墨打印機(jī)打印的銀墨水電極組合在一起。

結(jié)果是一種完美的Goldilocks傳感器：不像普通的柔性金屬傳感器那樣不敏感，但不像流行的，更靈敏的半導(dǎo)體傳感器那樣剛性或笨重。

可穿戴的巴克紙傳感器是這些競爭品質(zhì)的理想結(jié)合。它們具有靈活性，無縫性和對(duì)細(xì)微運(yùn)動(dòng)和應(yīng)變的敏感性。

“我們通過測量系數(shù)來測量傳感器，這表明當(dāng)材料變形或彎曲時(shí)，電阻值會(huì)發(fā)生多大變化，”DeGraff說。“我們的測量系數(shù)比商用傳感器高8倍，比其他許多碳納米管傳感器高75%。”

隨著可印刷傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，研究人員希望改進(jìn)材料已經(jīng)非常薄的材料，以便將其整合到舒適且不受限制的服裝中。

需要對(duì)復(fù)雜模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行額外測試，以確保材料符合人體可變曲線和裂縫的能力。

雖然這項(xiàng)技術(shù)可能還沒有為黃金時(shí)段做好準(zhǔn)備，但研究人員充滿了充滿希望的未來。

“作為工程學(xué)教授，我們希望看到我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中創(chuàng)造的東西成為成功的產(chǎn)品，”梁說。“我們還沒到那里，但這是重要的一步。消費(fèi)者需要高質(zhì)量和實(shí)惠的價(jià)格，而這種材料提供了這兩種東西。”