Harvard-onderzoekers ontwikkelen zelfgevoede sensor voor zachte robots en slimme kleding

Onderzoekers aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hebben een zachte, rekbaar, zelfgevoede thermometer ontwikkeld die geïntegreerd kan worden in slimme robots en rekbaar elektronica.

Het onderzoek werd gepubliceerd in de Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zhigang Suo is een Allen E. en Marilyn M. Puckett Professor of Mechanics and Materials aan SEAS en senior auteur van het artikel.

“We hebben zachte temperatuursensoren ontwikkeld met hoge gevoeligheid en snelle responstijd, waardoor nieuwe mogelijkheden ontstaan voor het creëren van nieuwe mens-machineinterfaces en zachte robots in de gezondheidszorg, techniek en entertainment,” zei Suo.

Structuur van de thermometer

De thermometer bestaat uit drie delen: een elektrolyt, een elektrode en een diëlektrisch materiaal dat ze scheidt. Het elektrolyt/diëlektrische interface accumuleert ionen, en het diëlektrisch/electrode interface accumuleert elektroden.

Door de ladingonsymmetrie tussen de twee, ontstaat er een ionische wolk in de elektrolyt. Deze ionische wolk verandert dan in dikte en genereert spanning wanneer de temperatuur verandert. Terwijl de spanning gevoelig is voor temperatuur, is het ongevoelig voor rek.

Aanpassen van de sensor

Yecheng Wang is een postdoctoraal onderzoeker aan SEAS en eerste auteur van het artikel.

“Omdat het ontwerp zo eenvoudig is, zijn er veel verschillende manieren om de sensor aan te passen, afhankelijk van de toepassing,” zei Wang. “Je kunt verschillende materialen kiezen, op verschillende manieren gerangschikt en geoptimaliseerd voor verschillende taken.”

De onderzoekers konden de elektrolyt, diëlektrisch materiaal en elektrode in verschillende configuraties rangschikken, waardoor vier ontwerpen voor de temperatuursensor ontstonden. Ze testten het door eerst de sensor te integreren in een zachte grijper voordat ze de temperatuur van een hete, hardgekookte eier maten. De sensoren waren gevoeliger dan traditionele thermoelektrische thermometers en konden binnen 10 milliseconden reageren op veranderingen in temperatuur.

“We hebben aangetoond dat deze sensoren klein, stabiel en zelfs transparant kunnen worden gemaakt,” zei Wang.

De thermometer kan temperaturen meten tot 200 graden Celsius of zo koud als -100 graden Celsius, afhankelijk van de materialen die worden gebruikt.

“Dit zeer aanpasbare platform kan nieuwe ontwikkelingen mogelijk maken om het internet van alles en iedereen te verbeteren,” zei Suo.