Sensore di prossimità flessibile rende le superfici intelligenti

Con la sua forma elastica, il sensore di prossimità può essere installato in modo flessibile su grandi superfici. (Fonte: Fraunhofer IPA, Foto: Rainer Bez)

Il Fraunhofer IPA ha sviluppato un sensore di prossimità basato su silicone e nanotubi di carbonio (CNT) che rileva oggetti e ne determina la posizione. Con i materiali utilizzati e il metodo di stampa, il sensore è estremamente flessibile, economico e adatto a superfici di grandi dimensioni. Partner dell'industria e della ricerca possono utilizzare e sviluppare ulteriormente questa innovazione fin da subito.

A prima vista, il sensore di prossimità non sembra particolarmente spettacolare: uno strato sottile ed elastico di silicone, su cui sono stampate aree nere quadrate. Quello che sembra essere vernice, sono in realtà innumerevoli nanotubi di carbonio microscopici, che possono localizzare persone o oggetti. »Il sensore di prossimità riconosce tutto ciò che conduce elettricità. Quando un oggetto si avvicina, il campo elettrico cambia«, spiega Florian Bodny, ricercatore dell'IPA. Tuttavia, questo si può vedere solo collegandolo a un'elettronica di analisi. Quando si tiene sopra una mano o un oggetto metallico, si accende una lampada. In questo modo, non solo l'oggetto viene riconosciuto, ma anche la sua posizione, se la superficie è composta da più elementi sensore.

Elevata flessibilità e bassi costi di produzione

Per il suo sensore, i ricercatori dell'IPA hanno combinato silicone e CNT. La struttura avviene a strati. Su uno strato di silicone segue uno strato di miscela silicone-CNT. Entrambi i materiali sono elastici, flessibili e molto stabili all'ambiente. Il sensore può essere quindi applicato anche su grandi superfici. Come metodo di produzione, gli esperti hanno scelto la serigrafia. Il metodo è rapido e non richiede preparazioni complesse, conferma Bodny. Inoltre, è possibile stampare su grandi superfici e produrre sensori in grandi quantità. »Il sensore è facile da installare, estremamente versatile e a basso costo in termini di materiali«, afferma Bodny.

In una serie di test, gli esperti dell'IPA hanno analizzato quali parametri sono decisivi per la precisione del rilevamento. Hanno scoperto che la concentrazione del materiale attivo ha il maggiore impatto. Al secondo posto si trova lo spessore dello strato, seguito dall'area del sensore. »Per rilevare un oggetto a 8 millimetri di distanza, sono necessari ad esempio tre strati di stampa, una concentrazione dell'1,5% in massa e un'area di 36 cm²«, spiega Bodny.

Cercasi partner per l'implementazione

Il sensore di prossimità può essere utilizzato in molte applicazioni. È pensato come pelle artificiale per robot. »I robot di servizio possono ad esempio estendere la mano quando riconoscono una persona«, spiega Bodny. Anche nel settore »Smart Home« ci sono molte possibilità di impiego, ad esempio per lampade o porte che si aprono o si chiudono quando una persona si avvicina. Grazie alla sua elasticità, il sensore è anche adatto alla prevenzione degli incidenti, ad esempio su abbigliamento da lavoro e di protezione. I ricercatori stanno anche valutando di utilizzarlo in campo medico per esoscheletri. »Il sensore è disponibile da subito. Stiamo cercando partner dell'industria e della ricerca che vogliano testarlo e svilupparlo ulteriormente«, spiega Bodny.

Il sensore di prossimità rappresenta un esempio di elettronica stampata. Le applicazioni di questo settore sono generalmente utilizzate per rendere le superfici intelligenti. Nell'era dell'Industria 4.0, in cui le cose vengono dotate di intelligenza e comunicano tra loro come sistemi ciber-fisici, questi sensori stanno diventando sempre più importanti. Le superfici con sensori di prossimità fungono da interfaccia uomo-macchina (Human-Machine Interface).