Flexibele nabijheidssensor maakt oppervlakken slim

Met zijn elastische vorm kan de nabijheidssensor flexibel op grote oppervlakken worden aangebracht. (Bron: Fraunhofer IPA, Foto: Rainer Bez)

Het Fraunhofer IPA heeft op basis van siliconen en koolstofnanobuizen (CNT) een nabijheidssensor ontwikkeld die objecten detecteert en hun positie bepaalt. Met de gebruikte materialen en het drukproces is de sensor uiterst flexibel, kosteneffectief en geschikt voor grote oppervlakken. Partners uit de industrie en onderzoek kunnen de innovatie vanaf nu inzetten en verder ontwikkelen.

Op het eerste gezicht lijkt de nabijheidssensor niet bijzonder spectaculair: een dunne, elastische laag siliconen, waarop zwarte vierkante vlakken zijn gedrukt. Wat eruitziet als verf, zijn echter talloze microscopisch kleine koolstofnanobuizen die mensen of voorwerpen kunnen lokaliseren. »De nabijheidssensor herkent alles wat elektrisch geleidend is. Zodra een object in de buurt komt, verandert het elektrische veld«, weet IPA-wetenschapper Florian Bodny. Dit is echter pas zichtbaar wanneer hij op een evaluatie-elektronica wordt aangesloten. Zodra een hand of een metalen voorwerp erover wordt gehouden, gaat het lampje branden. Daarbij wordt niet alleen het object herkend, maar ook de positie ervan, vooral als het oppervlak uit meerdere sensorelementen bestaat.

Hoge flexibiliteit en lage fabricagekosten

Bij hun sensor hebben de IPA-wetenschappers een combinatie van siliconen en CNT gebruikt. De opbouw gebeurt laag voor laag. Op een laag siliconen volgt een laag siliconen-CNT-mengsel. Beide materialen zijn elastisch, flexibel en vertonen een hoge milieustabiliteit. De sensor kan daardoor ook op grote oppervlakken worden aangebracht. Als fabricagemethode kozen de experts voor zeefdruk. De methode is snel en vereist geen uitgebreide voorbereidingen, bevestigt Bodny. Bovendien is het mogelijk om grote oppervlakken te bedrukken en de sensoren in grote aantallen te produceren. »De sensor is eenvoudig te bevestigen, zeer veelzijdig en kost weinig materiaal«, zegt Bodny.

In een reeks experimenten hebben de IPA-experts geanalyseerd welke parameters bepalend zijn voor de nauwkeurigheid van de detectie. Daarbij ontdekten ze dat de concentratie van het actieve materiaal de grootste invloed heeft. Op de tweede plaats staat de dikte van de laag, gevolgd door het oppervlak van de sensor. »Om bijvoorbeeld een object op 8 millimeter afstand te detecteren, zijn drie druklagen, een concentratie van 1,5 gewichtsprocent en een oppervlak van 36 cm² nodig«, legt Bodny uit.

Partners gezocht voor implementatie

Voor de nabijheidssensor zijn veelzijdige toepassingen mogelijk. Denkbaar is hij bijvoorbeeld als kunsthuid bij robots. »Servicerobots kunnen bijvoorbeeld hun hand uitstrekken wanneer ze een persoon herkennen«, weet Bodny. Ook in de sector »Smart Home« zijn er veel toepassingsmogelijkheden, bijvoorbeeld voor lampen of deuren die opengaan of sluiten zodra iemand voor de sensor staat. Door zijn elasticiteit is de sensor ook geschikt voor ongevallenpreventie, bijvoorbeeld op werkkleding en beschermkleding. De wetenschappers overwegen ook om hem in de medische techniek voor exoskeletten te gebruiken. »De sensor is vanaf nu beschikbaar. We zoeken nog partners uit de industrie en onderzoek die hem willen testen en verder ontwikkelen«, legt Bodny uit.

De nabijheidssensor is een voorbeeld van gedrukte elektronica. Toepassingen uit dit veld worden algemeen gebruikt om oppervlakken intelligent te maken. In het tijdperk van Industrie 4.0, waarin dingen met intelligentie worden uitgerust en als cyberfysieke systemen met elkaar communiceren, worden dergelijke sensoren steeds belangrijker. Oppervlakken met nabijheidssensoren fungeren daarbij als mens-machine-interface (Human-Machine-Interface).