Un capteur auto-alimenté peut être intégré dans des robots mous, des vêtements intelligents
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La prochaine génération de robotique souple, de vêtements intelligents et d’appareils médicaux biocompatibles nécessitera des capteurs souples intégrés qui peuvent s’étirer et se tordre avec l’appareil ou le porteur. Le défi : la plupart des composants utilisés dans la détection traditionnelle sont rigides.
Maintenant, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ont développé un thermomètre souple, extensible et auto-alimenté qui peut être intégré à l’électronique extensible et aux robots souples.
« Nous avons développé des capteurs de température souples avec une sensibilité élevée et un temps de réponse rapide, ouvrant de nouvelles possibilités pour créer de nouvelles interfaces homme-machine et des robots souples dans les soins de santé, l’ingénierie et le divertissement », a déclaré Zhigang Suo, professeur Allen E. et Marilyn M. Puckett. de la mécanique et des matériaux à SEAS et auteur principal de l’article.
La recherche est publiée dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.
Le thermomètre se compose de trois parties simples : un électrolyte, une électrode et un matériau diélectrique pour séparer les deux. L’interface électrolyte/diélectrique accumule des ions tandis que l’interface diélectrique/électrode accumule des électrons. Le déséquilibre de charge entre les deux crée un nuage ionique dans l’électrolyte. Lorsque la température change, le nuage ionique change d’épaisseur et une tension est générée. La tension est sensible à la température, mais insensible à l’étirement.
“Parce que la conception est si simple, il existe de nombreuses façons différentes de personnaliser le capteur, en fonction de l’application”, a déclaré Yecheng Wang, stagiaire postdoctoral à SEAS et premier auteur de l’article. “Vous pouvez choisir différents matériaux, disposés de différentes manières et optimisés pour différentes tâches.”
En disposant l’électrolyte, le diélectrique et l’électrode dans différentes configurations, les chercheurs ont développé quatre conceptions pour le capteur de température. Lors d’un test, ils ont intégré le capteur dans une pince souple et mesuré la température d’un œuf dur chaud. Les capteurs sont plus sensibles que les thermomètres thermoélectriques traditionnels et peuvent réagir aux changements de température en 10 millisecondes environ.
“Nous avons démontré que ces capteurs peuvent être rendus petits, stables et même transparents”, a déclaré Wang.
Selon les matériaux utilisés, le thermomètre peut mesurer des températures supérieures à 200 degrés Celsius ou aussi froides que -100 degrés Celsius.
“Cette plate-forme hautement personnalisable pourrait inaugurer de nouveaux développements pour activer et améliorer l’Internet de tout et de tous”, a déclaré Suo.
La recherche a été co-écrite par Kun Jia, Shuwen Zhang, Hyeong Jun Kim, Yang Bai et Ryan C. Hayward. La recherche a été financée en partie par la National Science Foundation par le biais du centre de recherche scientifique et technique sur les matériaux de l’Université de Harvard dans le cadre de la subvention DMR2011754.
Vidéo du thermomètre extensible : https://youtu.be/AJN6OTZAe14
