(Phys.org) — Onderzoekers van de North Carolina State University hebben zilveren nanodraden gebruikt om draagbare, multifunctionele sensoren die kunnen worden gebruikt in de biomedische, militaire of atletische toepassingen, inclusief nieuwe protheses, robotsystemen en flexibele aanraakpanelen. De sensoren kunnen spanning meten, druk, menselijke aanraking en bio-elektronische signalen zoals elektrocardiogrammen.

"De technologie is gebaseerd op fysieke vervorming of "randen" elektrische veldveranderingen. Dit laatste lijkt erg op het mechanisme dat wordt gebruikt in aanraakschermen van smartphones, maar de sensoren die we hebben ontwikkeld zijn rekbaar en kunnen op verschillende kromlijnige oppervlakken worden gemonteerd, zoals de menselijke huid, " zegt Shanshan Yao, een doctoraat student bij NC State en hoofdauteur van een paper over het werk.

"Deze sensoren kunnen worden gebruikt om protheses te ontwikkelen die reageren op de beweging van een gebruiker en feedback geven tijdens gebruik, " zegt dr. Yong Zhu, een universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State en senior auteur van het papier. "Ze kunnen ook worden gebruikt om robotica te maken die hun omgeving kan 'voelen', of de sensoren kunnen in kleding worden verwerkt om beweging te volgen of de fysieke gezondheid van een persoon te bewaken."

De onderzoekers bouwden voort op het eerdere werk van Zhu om zeer geleidende en elastische geleiders te maken die zijn gemaakt van zilveren nanodraden. specifiek, de onderzoekers hebben een isolatiemateriaal tussen twee van de rekbare geleiders ingeklemd. De twee lagen hebben dan het vermogen - "capaciteit" genoemd - om elektrische ladingen op te slaan. Duwen, trekken of aanraken van de rekbare geleiders verandert de capaciteit. De sensoren werken door die verandering in capaciteit te meten.

"Het maken van deze sensoren is eenvoudig en goedkoop, " zegt Yao. "En we hebben de sensoren al in verschillende prototypetoepassingen gedemonstreerd."

Bijvoorbeeld, de onderzoekers gebruikten deze sensoren om duimbewegingen te volgen, die nuttig kan zijn bij het besturen van robot- of prothetische apparaten. De onderzoekers demonstreerden ook een toepassing om kniebewegingen te monitoren terwijl een proefpersoon loopt, lopen en springen.

"De vervorming die bij deze bewegingen betrokken is, is groot, en zou veel andere sensorapparaten kapot maken, " zegt Zhu. "Maar onze sensoren kunnen worden uitgerekt tot 150 procent of meer van hun oorspronkelijke lengte zonder functionaliteit te verliezen. zodat ze het aankunnen."

De onderzoekers ontwikkelden ook een reeks sensoren die de drukverdeling in kaart kunnen brengen, wat belangrijk is voor gebruik in robotica en prothesetoepassingen. De sensoren hebben een snelle responstijd – 40 milliseconden – zodat spanning en druk in realtime kunnen worden gevolgd.