Ερευνητές του Χάρβαρντ ανέπτυξαν αυτοτροφοδοτούμενο αισθητήρα για μαλακά ρομπότ και έξυπνα ρούχα

Ερευνητές στη Σχολή Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών John A. Paulson του Χάρβαρντ (SEAS) έχουν αναπτύξει ένα μαλακό, ελαστικό, αυτοτροφοδοτούμενο θερμόμετρο που μπορεί να ενσωματωθεί σε έξυπνα ρομπότ και ελαστικές ηλεκτρονικές συσκευές.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Ο Zhigang Suo είναι κάτοχος της έδρας Allen E. και Marilyn M. Puckett στη Μηχανική και τα Υλικά στο SEAS και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.

“Έχουμε αναπτύξει μαλακούς αισθητήρες θερμοκρασίας με υψηλή ευαισθησία και γρήγορο χρόνο απόκρισης, ανοίγοντας νέες δυνατότητες για τη δημιουργία νέων διεπαφών ανθρώπου-μηχανής και μαλακών ρομπότ στην υγεία, τη μηχανική και την ψυχαγωγία,” είπε ο Suo.

Δομή του Θερμόμετρου

Το θερμόμετρο έχει τρία μέρη: ένα ηλεκτρολύτη, ένα ηλεκτρόδιο και ένα διαηλεκτρικό υλικό που τα χωρίζει. Η διεπαφή ηλεκτρολύτη/διαηλεκτρικού συσσωρεύει ιόντα, και η διεπαφή διαηλεκτρικού/ηλεκτροδίου συσσωρεύει ηλεκτρόνια.

Η ανισορροπία φορτίου μεταξύ των δύο δημιουργεί ένα ιοντικό νέφος στον ηλεκτρολύτη. Αυτό το ιονικό σύννεφο αλλάζει πάχος και γεννάει τάση όταν η θερμοκρασία αλλάζει. Ενώ η τάση είναι ευαίσθητη στη θερμοκρασία, δεν επηρεάζεται από το τέντωμα.

Προσαρμογή του Αισθητήρα

Ο Yecheng Wang είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στο SEAS και πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

“Επειδή ο σχεδιασμός είναι τόσο απλός, υπάρχουν τόσοι διαφορετικοί τρόποι για να προσαρμόσετε τον αισθητήρα, ανάλογα με την εφαρμογή,” είπε ο Wang. “Μπορείτε να επιλέξετε διαφορετικά υλικά, διατεταγμένα με διαφορετικούς τρόπους και βελτιστοποιημένα για διαφορετικές εργασίες.”

Οι ερευνητές μπορούσαν να διατάξουν τον ηλεκτρολύτη, το διαηλεκτρικό και το ηλεκτρόδιο σε διαφορετικές διατάξεις, που οδήγησαν σε τέσσερις σχεδιασμούς για τον αισθητήρα θερμοκρασίας. Τον δοκίμασαν ενσωματώνοντάς τον πρώτα σε μια μαλακή αρπάγη και στη συνέχεια μετρώντας τη θερμοκρασία ενός ζεστού, σφιχτά βρασμένου αυγού. Οι αισθητήρες ήταν πιο ευαίσθητοι από τα παραδοσιακά θερμοηλεκτρικά θερμόμετρα και ήταν σε θέση να ανταποκριθούν σε αλλαγές θερμοκρασίας μέσα σε 10 χιλιοστά του δευτερολέπτου.

“Αποδείξαμε ότι αυτοί οι αισθητήρες μπορούν να γίνουν μικροί, σταθεροί και ακόμη και διαφανείς,” είπε ο Wang.

Το θερμόμετρο μπορεί να μετρήσει θερμοκρασίες μέχρι 200 βαθμούς Κελσίου ή τόσο κρύες όσο -100 βαθμοί Κελσίου, ανάλογα με τα υλικά που χρησιμοποιούνται.

“Αυτή η υψηλά προσαρμόσιμη πλατφόρμα θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέες εξελίξεις για να ενεργοποιήσει και να βελτιώσει το διαδίκτυο του παντός και όλων,” είπε ο Suo.