ウェアラブル技術のためのタフなフレキシブルセンサー

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 (Tough, flexible sensor invented for wearable tech)

2020/3/6 カナダ・ウォータールー大学


・ ウォータールー大学、カリフォルニア大学ロサンゼルス校(UCLA)およびブリティッシュコロンビア大学から成る研究チームが、3D プリンティングとナノテクを利用したウェアラブルセンサーを開発。
・ 同センサーは、シリコーンゴムにグラフェンの超薄膜層を組合せたもので、リストバンドや運動靴の中敷きとしての使用に最適。バイタルサインからアスリートの運動能力まで、幅広いバイオモニタリングのアプリケーションが可能。
・ シリコーンゴム材料が折曲がったり動いたりすると、埋め込まれたナノスケールグラフェンが電気信号を発する。柔軟性と耐久性を提供するシリコーンゴムと高導電性のグラフェンによる効果的なセンサー。
・ 極端な温度や湿度等の過酷な環境下でも使用可能。また、洗濯もできる。同センサーを構成する材料と 3D プリンティング技術により、ユーザ-の身体にフィットするセンサーをカスタム作製できる。
・ 既存のウェアラブルデバイスに比してより快適で、シンプルなプロセスで製造コストを低減する。
・ 電子コンポーネントとの組み合わせることで、心拍や呼吸数、アスリートが走る際に発生する力の記録や医師による患者のモニタリングをはじめとする様々なアプリケーションが可能なウェアラブルデバイスとして利用できる。
URL: https://uwaterloo.ca/news/news/tough-flexible-sensor-invented-wearable-tech

(関連情報)

ACS Nano 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
3D-Printed Ultra-Robust Surface-Doped Porous Silicone Sensors for Wearable Biomonitoring
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06283

<NEDO海外技術情報より>

Abstract

Three-dimensional flexible porous conductors have significantly advanced wearable sensors and stretchable devices because of their specific high surface area. Dip coating of porous polymers with graphene is a facile, low cost, and scalable approach to integrate conductive layers with the flexible polymer substrate platforms; however, the products often suffer from nanoparticle delamination and overtime decay. Here, a fabrication scheme based on accessible methods and safe materials is introduced to surface-dope porous silicone sensors with graphene nanoplatelets. The sensors are internally shaped with ordered, interconnected, and tortuous internal geometries (i.e., triply periodic minimal surfaces) using fused deposition modeling (FDM) 3D-printed sacrificial molds. The molds were dip coated to transfer-embed graphene onto the silicone rubber (SR) surface. The presented procedure exhibited a stable coating on the porous silicone samples with long-term electrical resistance durability over ∼12 months period and high resistance against harsh conditions (exposure to organic solvents). Besides, the sensors retained conductivity upon severe compressive deformations (over 75% compressive strain) with high strain-recoverability and behaved robustly in response to cyclic deformations (over 400 cycles), temperature, and humidity. The sensors exhibited a gauge factor as high as 10 within the compressive strain range of 2–10%. Given the tunable sensitivity, the engineered biocompatible and flexible devices captured movements as rigorous as walking and running to the small deformations resulted by human pulse.

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