I RICERCATORI STAMPANO IN 3D SENSORI DI PRESSIONE MULTIFUNZIONE IN CARBONIO A BASSO COSTO PER LA ROBOTICA “NEW AGE”

Fabbricazione additiva di compositi di carbonio ad alte prestazioni: un sensore integrato di monitoraggio della pressione e della temperatura multiasse
 
Gli scienziati del Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) della Corea del Sud hanno sviluppato sensori di pressione multidirezionali a basso costo utilizzando compositi polimerici conduttivi stampati in 3D come elementi costitutivi.

Il sensore è progettato per superare le attuali limitazioni dei sensori stampati in 3D per quanto riguarda l’effetto della temperatura sulla resistenza elettrica e la capacità di rilevare solo le forze applicate lungo una singola direzione. 

Integrati con un componente di rilevamento della temperatura per la calibrazione della resistenza, i sensori di pressione stampati in 3D a basso costo potrebbero consentire la produzione su larga scala di un’ampia gamma di applicazioni per i settori dell’energia, della biomedicina e della produzione, come pinze robotiche e sensori tattili. 

“Il nostro sensore di pressione multiasse acquisisce con successo le letture anche quando vengono applicate forze titolate”, ha affermato il professor Hoe Joon Kim di DGIST. “Inoltre, il componente di rilevamento della temperatura può calibrare lo spostamento della resistenza con i cambiamenti di temperatura.

“INOLTRE, IL PROCESSO DI FABBRICAZIONE SCALABILE EA BASSO COSTO È COMPLETAMENTE COMPATIBILE CON LE STAMPANTI COMMERCIALI”.
Gli scienziati della DGIST hanno sviluppato un nuovo sensore di pressione multidirezionale utilizzando la tecnologia di stampa 3D a basso costo e scalabile per la produzione su larga scala di sistemi robotici intelligenti. Foto via DGIST.
Sensori stampati in 3D

I sensori di intelligenza artificiale (AI) sono stati nominati come una delle migliori tecnologie emergenti da tenere d’occhio nel 2021 da Lux Research . Sia i ricercatori che gli operatori del settore stanno sfruttando sempre più la stampa 3D per produrre un’ampia gamma di dispositivi sensibili alla luce, al movimento e ai batteri per un’intera gamma di applicazioni nell’ambito della sanità, della robotica e dei beni di consumo. 

I recenti sviluppi della ricerca in questo settore includono biosensori stampati in 3D in grado di proteggere chi li indossa dalla sovraesposizione ai raggi UV, sensori di movimento indossabili flessibili progettati per applicazioni di robotica morbida e medicazione delle ferite e sensori stampati in 3D che consentono agli esseri umani di interagire a distanza con sistemi di robotica morbida deformabili.

Proprio il mese scorso, scienziati con sede in Cina, Pakistan e Hong Kong hanno sviluppato nuovi sensori stampati in 3D che potrebbero essere utilizzati come base per i “letti intelligenti” del futuro , consentendo al personale di monitorare il benessere dei pazienti e monitorare i loro schemi di sonno.

I potenziali vantaggi dei sensori stampati in 3D hanno anche attirato l’attenzione della divisione Advanced Technology and Projects (ATAP) di Google , che ha sfruttato la tecnologia di stampa 3D PolyJet di Stratasys OEM della stampante 3D per prototipare i suoi sensori di movimento elettronici Jacquard indossabili . 

Dispositivo Jacquard di Google tenuto contro una manica di jeans. Immagine tramite Stratasys.
Il sensore multifunzione stampato in 3D di DGIST

I sensori di pressione flessibili, semplici, leggeri ed economici, hanno guadagnato crescente attenzione per la loro capacità di rilevare con precisione la pressione applicata durante il trattamento di problemi medici come l’andatura anormale e i disturbi muscolari. 

Tuttavia, secondo gli scienziati del DGIST, i sensori stampati in 3D prodotti finora sono stati limitati al rilevamento delle forze applicate lungo una singola direzione, non soddisfacendo le esigenze delle applicazioni del mondo reale che comportano situazioni in cui le forze possono essere applicate su vari angoli e direzioni. Inoltre, hanno identificato che la resistenza elettrica della maggior parte dei polimeri conduttivi varia con la temperatura, che deve essere affrontata per ottenere un accurato rilevamento della pressione.

Per superare i limiti di questi sensori, gli scienziati hanno iniziato a progettare un sensore di pressione multiasse accoppiato a un componente di rilevamento della temperatura utilizzando la tecnologia di stampa 3D.

Hanno iniziato preparando un polimero conduttivo stampabile utilizzando nanotubi di carbonio a parete multipla e PLA. Il filamento composito risultante è stato quindi stampato in 3D insieme a un elastomero commerciale e un materiale di rilevamento per formare il corpo del sensore, che si basa su una struttura paraurti con un canale cavo sottostante. Il sensore stampato in 3D utilizza tre elementi di rilevamento della pressione per consentire il rilevamento della pressione multiasse e un elemento di rilevamento della temperatura per la calibrazione della resistenza elettrica. 

Durante i test, il sensore è stato installato in un flip-flop stampato in 3D e in una pinza manuale ed è stato in grado di calibrare sia l’entità che la direzione di una forza applicata valutando la risposta di ciascun elemento di rilevamento della pressione. In quanto tale, il sensore è stato in grado di rilevare una chiara distinzione tra i movimenti umani e le azioni di presa. 

“La tecnologia di stampa 3D proposta ha una vasta gamma di applicazioni in energia, biomedicina e produzione”, ha affermato Kim. “Con l’incorporazione degli elementi di rilevamento proposti nelle pinze robotiche e nei sensori tattili, è possibile ottenere il rilevamento di forze multidirezionali insieme alla temperatura, annunciando l’inizio di una nuova era nella robotica”.

Ulteriori informazioni sullo studio possono essere trovate nel documento intitolato: “Fabbricazione additiva di compositi di carbonio ad alte prestazioni: un sensore integrato di monitoraggio della pressione e della temperatura multiasse” , pubblicato in Composites Part B: Engineering. Lo studio è stato co-autore di H. Kim, S. Hajra, D. Oh, N. Kim e HJ Kim.

Di Fantasy

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