Zachte druksensoren hebben veel onderzoeksaandacht gekregen op verschillende gebieden, inclusief zachte robotica, elektronische huid, en draagbare elektronica. Draagbare zachte druksensoren hebben een groot potentieel voor realtime gezondheidsmonitoring en voor de vroege diagnose van ziekten.

Een KAIST-onderzoeksteam onder leiding van professor Inkyu Park van de faculteit Werktuigbouwkunde ontwikkelde een zeer gevoelige draagbare druksensor voor gezondheidsbewakingstoepassingen. Dit werk is gerapporteerd in Geavanceerde materialen voor de gezondheidszorg op 21 november als voorpaginaartikel.

Deze technologie is in staat om gevoelige, nauwkeurig, en continue meting van fysiologische en fysieke signalen en toont een groot potentieel voor toepassingen voor gezondheidsmonitoring en de vroege diagnose van ziekten.

Een zachte druksensor is vereist om een ​​hoge compliantie te hebben, hoge gevoeligheid, goedkoop, prestatiestabiliteit op lange termijn, en milieustabiliteit om te worden gebruikt voor continue gezondheidsmonitoring. Conventionele solid-state zachte druksensoren die functionele materialen gebruiken, waaronder koolstofnanobuizen en grafeen, hebben geweldige detectieprestaties laten zien. Echter, deze sensoren hebben een beperkte rekbaarheid, signaal drift, en langdurige instabiliteit door de afstand tussen de rekbare ondergrond en de functionele materialen.

Om deze problemen op te lossen, elektronica in vloeibare toestand die vloeibaar metaal gebruikt, is geïntroduceerd voor verschillende draagbare toepassingen. Van deze materialen Galinstan, een eutectische metaallegering van gallium, indium, en blik, heeft geweldige mechanische en elektrische eigenschappen die kunnen worden gebruikt in draagbare toepassingen. Maar de huidige druksensoren op basis van vloeibaar metaal hebben een lage drukgevoeligheid, waardoor hun toepasbaarheid voor apparaten voor gezondheidsbewaking wordt beperkt.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een 3D-geprinte rigide microbump-array geïntegreerd, op vloeibare metalen gebaseerde zachte druksensor. Met behulp van 3D-printen, de integratie van een stijve microbump-array en de mastermal voor een microkanaal van vloeibaar metaal zou tegelijkertijd kunnen worden bereikt, het verminderen van de complexiteit van het productieproces. Door de integratie van de stijve microbump en het microkanaal, de nieuwe druksensor heeft een extreem lage detectielimiet en een verbeterde drukgevoeligheid in vergelijking met eerder gerapporteerde druksensoren op basis van vloeibaar metaal. De voorgestelde sensor heeft ook een verwaarloosbare signaalafwijking van meer dan 10, 000 cycli van druk, buigen, en strekken en vertoonden uitstekende stabiliteit bij blootstelling aan verschillende omgevingsomstandigheden.

Deze prestatieresultaten maken het een uitstekende sensor voor verschillende apparaten voor gezondheidsbewaking. Eerst, het onderzoeksteam demonstreerde een draagbaar polsbandje dat continu iemands hartslag kan controleren tijdens het sporten en kan worden gebruikt in een niet-invasief manchetloos bloeddrukbewakingssysteem op basis van PTT-berekeningen. Vervolgens, ze introduceerden een draadloos draagbaar hieldrukbewakingssysteem dat drie 3-D-BLiPS integreert met een draadloze communicatiemodule.

Professor Park zei:"Het was mogelijk om continu gezondheidsindicatoren te meten, waaronder hartslag en bloeddruk, evenals de druk van lichaamsdelen met behulp van onze voorgestelde zachte druksensor. We verwachten dat deze zal worden gebruikt in toepassingen in de gezondheidszorg, zoals het voorkomen en monitoren van de drukgerelateerde ziekten zoals decubitus in de nabije toekomst. Er zullen meer mogelijkheden zijn voor toekomstig onderzoek, waaronder een drukbewakingssysteem voor het hele lichaam met betrekking tot andere fysieke parameters."