「水陸両用」センサーが新しい防水技術を可能にする(‘Amphibious’ Sensors Make New, Waterproof Technologies Possible)

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2024-08-07 ノースカロライナ州立大学(NCState)

研究者たちは、空気中でも水中でも機能するセンサーを作成する技術を示しました。この「水陸両用」センサーは、野生生物の監視から生体医療までの応用が期待されています。研究は変形を測定するストレインセンサーに焦点を当てており、生物学的システムの動きを観察するために使用されます。北カロライナ州立大学のチームは、高弾性で防水性のあるポリマーでセンサーを挟み込み、センサーの動きを制限せずに水から保護する方法を開発しました。実験では、センサーは空気中でも塩水に20日間浸した後でも同じ性能を示し、16,000回伸縮しても性能が低下しませんでした。この技術は、水中ロボットの動きの追跡や心臓の血圧モニタリングなどで実証されました。

<関連情報>

カプセル化された伸縮可能な水陸両用ひずみセンサー Encapsulated stretchable amphibious strain sensors

Shuang Wu, Doyun Kim, Xiaoqi Tang,Martin W. King and  Yong Zhu
Materials Horizons  Published:01 Aug 2024
DOI:https://doi.org/10.1039/D4MH00757C

「水陸両用」センサーが新しい防水技術を可能にする(‘Amphibious’ Sensors Make New, Waterproof Technologies Possible)

Abstract

Soft and stretchable strain sensors have found wide applications in health monitoring, motion tracking, and robotic sensing. There is a growing demand for strain sensors in amphibious environments, such as implantable sensors, wearable sensors for swimmers/divers, and underwater robotic sensors. However, developing a sensitive, stretchable, and robust amphibious strain sensor remains challenging. This work presents an encapsulated stretchable amphibious strain sensor. The conductive layer, made of silver nanowires embedded below the surface of polydimethylsiloxane, was sandwiched by two layers of thermoplastic polyurethane. Periodic sharp cuts were introduced to change the direction of flow from across the sensor to along the conductive path defined by the opening cracks. The crack advancing and opening is controlled by a unique combination of weak/strong interfaces within the sandwich structure. The cut design and the interfacial interactions between the layers were investigated. The strain sensor exhibited a high gauge factor up to 289, a linear sensing response, a fast response time (53 ms), excellent robustness against over-strain, and stability after 16 000 loading cycles and 20 days in an aqueous saline solution. The functionality of this amphibious strain sensor was demonstrated by tracking the motion of a robotic fish, undertaking language recognition underwater, and monitoring the blood pressure of a porcine aorta. This illustrates the promising potential for this strain sensor for both underwater use and surgically implantable applications.

0402電気応用
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