Elastyczny czujnik zbliżeniowy czyni powierzchnię inteligentn�

Dzięki swojej elastycznej formie czujnik zbliżeniowy można elastycznie zamontować na dużych powierzchniach. (Źródło: Fraunhofer IPA, zdjęcie: Rainer Bez)

Fraunhofer IPA opracowało na podstawie silikonu i nanorurek węglowych (CNT) czujnik zbliżeniowy, który wykrywa obiekty i określa ich pozycję. Dzięki użytym materiałom i metodzie druku czujnik jest niezwykle elastyczny, tani i można go stosować na dużych powierzchniach. Partnerzy z przemysłu i nauki mogą od razu korzystać z tej innowacji i ją rozwijać.

Na pierwszy rzut oka czujnik zbliżeniowy nie wygląda szczególnie spektakularnie: cienka, elastyczna warstwa silikonu, na której nadrukowane są czarne, kwadratowe powierzchnie. To, co wygląda jak farba, to jednak niezliczone mikroskopijne nanorurki węglowe, które mogą lokalizować ludzi lub przedmioty. »Czujnik zbliżeniowy rozpoznaje wszystko, co przewodzi prąd elektryczny. Gdy obiekt się zbliża, zmienia się pole elektryczne«, wyjaśnia naukowiec IPA Florian Bodny. Widać to jednak dopiero po podłączeniu do elektroniki analitycznej. Gdy trzyma się nad nim dłoń lub metalowy przedmiot, zapala się lampka. Czujnik nie tylko wykrywa obiekt, ale także jego pozycję, jeśli powierzchnia składa się z kilku elementów czujnikowych.

Wysoka elastyczność i niskie koszty produkcji

Przy swoim czujniku naukowcy z IPA zastosowali kombinację silikonu i CNT. Konstrukcja jest warstwowa. Na warstwę silikonu nakłada się warstwę mieszanki silikonu z CNT. Oba materiały są elastyczne, giętkie i wykazują wysoką stabilność środowiskową. Czujnik można więc zamontować także na dużych powierzchniach. Do produkcji wybrano metodę sitodruku. Metoda ta jest szybka i nie wymaga skomplikowanych przygotowań, potwierdza Bodny. Dodatkowo można drukować na dużych powierzchniach i produkować czujniki w dużych ilościach. »Czujnik jest łatwy w montażu, niezwykle wszechstronny i kosztuje niewiele materiałów«, mówi Bodny.

W serii eksperymentów naukowcy z IPA analizowali, które parametry mają kluczowe znaczenie dla dokładności detekcji. Okazało się, że największy wpływ ma stężenie materiału aktywnego. Na drugim miejscu jest grubość warstwy, a następnie powierzchnia czujnika. »Aby wykryć obiekt w odległości 8 milimetrów, potrzebne są na przykład trzy warstwy druku, stężenie 1,5 procent masy i powierzchnia 36 cm²«, wyjaśnia Bodny.

Szukamy partnerów do realizacji

Wiele zastosowań czujnika zbliżeniowego jest możliwych. Może on służyć jako sztuczna skóra w robotach. »Roboty serwisowe mogą na przykład wyciągnąć rękę, gdy rozpoznają osobę«, wyjaśnia Bodny. Również w dziedzinie »Smart Home« istnieje wiele możliwości, na przykład do sterowania lampami lub drzwiami, które otwierają się, gdy ktoś stoi przed nimi. Dzięki swojej elastyczności czujnik nadaje się także do zapobiegania wypadkom, na przykład na odzieży roboczej i ochronnej. Naukowcy rozważają również użycie go w technice medycznej do egzoszkieletów. »Czujnik jest dostępny od zaraz. Szukamy jeszcze partnerów z przemysłu i nauki, którzy chcieliby go testować i rozwijać«, wyjaśnia Bodny.

W przypadku czujnika zbliżeniowego jest to przykład druku elektroniki. Zastosowania z tej dziedziny mają na celu uczynienie powierzchni inteligentnymi. W erze przemysłu 4.0, gdy przedmioty są wyposażone w inteligencję i komunikują się jako cyber-fizyczne systemy, takie czujniki stają się coraz ważniejsze. Powierzchnie z czujnikami zbliżeniowymi pełnią wtedy funkcję interfejsu człowiek-maszyna (Human-Machine-Interface).