Flexibilní snímač blízkosti činí povrchy inteligentní

S elastickou formou lze přiblížovací senzor flexibilně připevnit na velké povrchy. (Zdroj: Fraunhofer IPA, foto: Rainer Bez)

Fraunhofer IPA vyvinul na základě silikonů a uhlíkových nanotrubiček (CNT) přibližovací senzor, který detekuje objekty a určuje jejich polohu. Díky použitým materiálům a tiskové metodě je senzor extrémně flexibilní, nákladově efektivní a vhodný pro velké povrchy. Partneři z průmyslu a výzkumu mohou tuto inovaci okamžitě používat a dále rozvíjet.

Na první pohled nepůsobí přibližovací senzor nijak zvlášť spektakulárně: tenká, elastická vrstva silikonu, na které jsou vytištěny černé čtvercové plochy. Co vypadá jako barva, jsou však nesčetné mikroskopicky malé uhlíkové nanotrubičky, které dokážou lokalizovat lidi nebo předměty. »Přibližovací senzor rozpozná vše, co je elektricky vodivé. Jakmile se objekt přiblíží, změní se elektrické pole«, vysvětluje vědec IPA Florian Bodny. To však lze vidět až po připojení k vyhodnocovací elektronice. Jakmile je nad tímto senzorem držena ruka nebo kovový předmět, rozsvítí se kontrolka. Při tom je detekován nejen objekt, ale i jeho poloha, pokud je plocha složena z několika senzorových prvků.

Vysoká flexibilita a nízké výrobní náklady

Výzkumníci z IPA při vývoji svého senzoru použili kombinaci silikonu a CNT. Konstrukce je vrstvená. Na jednu vrstvu silikonu navazuje vrstva směsi silikonu a CNT. Oba materiály jsou elastické, flexibilní a mají vysokou odolnost vůči prostředí. Díky tomu lze senzor také připevnit na velké plochy. Jako výrobní metodu zvolili experti sítotisk. Metoda je rychlá a nevyžaduje složité přípravy, potvrzuje Bodny. Navíc je možné tisknout na velké plochy a vyrábět senzory ve velkých sériích. »Senzor se snadno připevňuje, je extrémně všestranný a vyžaduje nízké materiálové náklady«, říká Bodny.

V sérii pokusů analyzovali experti z IPA, které parametry jsou klíčové pro přesnost detekce. Zjistili přitom, že největší vliv má koncentrace aktivního materiálu. Na druhém místě je tloušťka vrstvy, následuje plocha senzoru. »Pro detekci objektu na vzdálenost 8 milimetrů jsou například nutné tři tiskové vrstvy, koncentrace 1,5 hmotnostního procenta a plocha 36 cm²«, vysvětluje Bodny.

Hledáme partnery pro realizaci

Pro přibližovací senzor jsou vhodné různé aplikace. Například jako umělá kůže u robotů. »Servisní roboti mohou například natáhnout ruku, když rozpoznají člověka«, vysvětluje Bodny. Také v oblasti »Chytrého domu« existuje mnoho možností použití, například pro osvětlení nebo dveře, které se otevřou nebo zavřou, jakmile před nimi stojí člověk. Díky své elasticitě je senzor také vhodný pro prevenci nehod, například na pracovní a ochranné oděvy. Vědci uvažují i o jeho použití v medicíně pro exoskelety. »Senzor je nyní dostupný. Hledáme ještě partnery z průmyslu a výzkumu, kteří by ho chtěli otestovat a dále rozvíjet«, vysvětluje Bodny.

Jedná se o příklad tištěné elektroniky. Aplikace z této oblasti jsou obecně určeny k tomu, aby povrchy činily inteligentními. V době průmyslu 4.0, kdy jsou věci vybaveny inteligencí a komunikují jako kybernetické systémy, jsou takové senzory stále důležitější. Povrchy s přibližovacími senzory pak fungují jako rozhraní člověk-stroj (Human-Machine Interface).