Onderzoekers hebben 3D-printen en nanotechnologie gebruikt om een ​​duurzame, flexibele sensor voor draagbare apparaten om alles te bewaken, van vitale functies tot atletische prestaties.

De nieuwe technologie, ontwikkeld door ingenieurs aan de Universiteit van Waterloo, combineert siliconenrubber met ultradunne lagen grafeen in een materiaal dat ideaal is voor het maken van polsbandjes of inlegzolen in hardloopschoenen.

Wanneer dat rubberen materiaal buigt of beweegt, elektrische signalen worden opgewekt door de sterk geleidende, grafeen op nanoschaal ingebed in zijn gemanipuleerde honingraatstructuur.

"Silicone geeft ons de flexibiliteit en duurzaamheid die nodig is voor biomonitoringtoepassingen, en de toegevoegde, ingebed grafeen maakt het een effectieve sensor, " zei Ehsan Toyserkani, onderzoeksdirecteur bij het Multi-Scale Additive Manufacturing (MSAM) Lab in Waterloo. "Het zit allemaal samen in een enkel deel."

Het fabriceren van een siliconenrubberstructuur met dergelijke complexe interne kenmerken is alleen mogelijk met behulp van ultramoderne 3D-printen, ook wel bekend als additive manufacturing-apparatuur en -processen.

Het rubber-grafeen materiaal is naast zeer geleidend ook extreem flexibel en duurzaam.

"Het kan worden gebruikt in de meest veeleisende omgevingen, bij extreme temperaturen en vochtigheid, " zei Elham Davoodi, een technische Ph.D. student bij Waterloo die het project leidde. "Het is zelfs bestand tegen het wassen met je wasgoed."

Het materiaal en het 3D-printproces maken op maat gemaakte apparaten mogelijk die precies passen bij de lichaamsvormen van gebruikers, terwijl ook het comfort wordt verbeterd in vergelijking met bestaande draagbare apparaten en de productiekosten worden verlaagd vanwege eenvoud.

speelgoederkani, hoogleraar werktuigbouwkunde en mechatronica, zei dat de rubber-grafeensensor kan worden gecombineerd met elektronische componenten om draagbare apparaten te maken die hart- en ademhalingsfrequenties registreren, de krachten registreren die worden uitgeoefend wanneer atleten rennen, artsen in staat stellen om patiënten op afstand te monitoren en tal van andere mogelijke toepassingen.

Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Los Angeles en de University of British Columbia werkten samen aan het project.

De laatste in een reeks artikelen over het onderzoek, "3-D-geprinte ultrarobuuste, aan het oppervlak gedoteerde poreuze siliconensensoren voor draagbare biomonitoring, " verschijnt in het journaal ACS Nano .