Forscher der USC Viterbi School of Engineering nutzten Origami, um neue Sensoren zu entwickeln, die eines Tages zur Erkennung von Deformationen in Organen und auch für den Einsatz in Wearables und Soft-Robotik eingesetzt werden könnten.
Ihr Artikel „High-Stretchability and Low-Hysteresis Strain Sensors Using Origami-Inspired 3D Mesostructures“ wurde vorgestellt in Wissenschaftliche Fortschritte erklärt, wie die USC-Forscher Hangbo Zhao,
„Die Herausforderung“, sagt Hangbo Zhao, der korrespondierende Autor des Papiers, USC-Assistenzprofessor für Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau und Biomedizintechnik, „besteht darin, Sensoren zu entwickeln, die sich erheblich dehnen lassen, schnell reagieren und selbst bei der Messung großer und dynamischer Verformungen präzise Messwerte liefern.“ .“
Derzeitige dehnbare Dehnungssensoren verwenden meist weiche Materialien wie Gummi – diese Art von Material kann jedoch bei wiederholter Verwendung zu irreversiblen Veränderungen der Materialeigenschaften führen und so unzuverlässige Messwerte in Bezug auf die Deformationserkennung liefern.
Daher entwickelten die Forscher eine neuartige Struktur für die Sensoren. Inspiriert durch Origami werden steifere Materialien mit Elektroden auf jeder Seite der Platte gefaltet (stellen Sie sich den Sensor als ein umgedrehtes, aufgeschlagenes Buch mit zwei Elektroden auf der Vorder- und Rückseite vor). Während sich die Elektroden entfalten, wird die Stärke des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden erfasst. Ein vom Team entwickeltes Modell wandelt diesen Messwert dann in einen Messwert um, der die Amplitude der Verformung erfasst.
USC-Forscher haben neue Sensoren entwickelt, die eines Tages zur Erkennung von Deformationen in Organen und auch für den Einsatz in Wearables und Soft-Robotik eingesetzt werden könnten. Bildnachweis: Zhao Research Group an der USC Viterbi School of Engineering
Die neu entwickelten Sensoren können sich bei hoher Erfassungsgenauigkeit auch bei wiederholter Verwendung auf das Dreifache ihrer ursprünglichen Größe ausdehnen. Darüber hinaus reagieren die Sensoren sehr schnell und erkennen Verformungen in sehr kleinen Bereichen (ca. 5 Quadratmillimeter) in weniger als 22 Millisekunden. Darüber hinaus sind sie in der Lage, Belastungen aus unterschiedlichen Richtungen zu erkennen.
Solche Sensoren können große und komplexe Verformungen genau messen, was bei der Erkennung von Bewegungen weicher Roboter, der Verfolgung von Bewegungen menschlicher Gelenke oder sogar der Überwachung von Organen wie der Blase zur Bestimmung von Anomalien, die auf eine Krankheit hinweisen könnten, Anwendung finden kann.
Mehr Informationen:
Xinghao Huang et al., Dehnungssensoren mit hoher Dehnbarkeit und geringer Hysterese unter Verwendung von Origami-inspirierten 3D-Mesostrukturen, Wissenschaftliche Fortschritte (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adh9799. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh9799