Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un sensor de tensión extensible que tiene una combinación sin precedentes de sensibilidad y rango, lo que le permite detectar incluso cambios menores en la tensión con un mayor rango de movimiento que las tecnologías anteriores. Los investigadores demostraron la utilidad del sensor mediante la creación de nuevos dispositivos de control de la salud y de interfaz hombre-máquina.
La tensión es una medida de cuánto se deforma un material de su longitud original. Por ejemplo, si estira una banda elástica al doble de su longitud original, su tensión será del 100 %.
«Y medir la tensión es útil en muchas aplicaciones, como dispositivos que miden la presión arterial y tecnologías que rastrean el movimiento físico», dice Yong Zhu, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y Profesor Distinguido Andrew A. Adams de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial. en el estado de Carolina del Norte.
«Pero hasta la fecha ha habido una compensación. Los sensores de tensión que son sensibles, capaces de detectar pequeñas deformaciones, no se pueden estirar mucho. Por otro lado, los sensores que se pueden estirar a mayores longitudes generalmente no son muy sensibles. El nuevo sensor que hemos desarrollado es sensible y capaz de resistir una deformación significativa», dice Zhu. «Una característica adicional es que el sensor es muy robusto incluso cuando se somete a una tensión excesiva, lo que significa que es poco probable que se rompa cuando la tensión aplicada excede accidentalmente el rango de detección».
El nuevo sensor consta de una red de nanocables de plata incrustada en un polímero elástico. El polímero presenta un patrón de cortes paralelos de profundidad uniforme, alternando desde cualquier lado del material: un corte desde la izquierda, seguido por uno desde la derecha, seguido por uno desde la izquierda, y así sucesivamente.
«Esta característica, los cortes estampados, es lo que permite un mayor rango de deformación sin sacrificar la sensibilidad», dice Shuang Wu, quien es el primer autor del artículo y un doctorado reciente. Graduado en NC State.
El sensor mide la tensión midiendo los cambios en la resistencia eléctrica. A medida que el material se estira, la resistencia aumenta. Los cortes en la superficie del sensor son perpendiculares a la dirección en que se estira. Esto hace dos cosas. Primero, los cortes permiten que el sensor se deforme significativamente. Debido a que los cortes en la superficie se abren, creando un patrón en zigzag, el material puede soportar una deformación sustancial sin llegar al punto de ruptura. En segundo lugar, cuando los cortes se abren, esto obliga a la señal eléctrica a viajar más, viajando hacia arriba y hacia abajo en zigzag.
«Para demostrar la sensibilidad de los nuevos sensores, los usamos para crear nuevos dispositivos de presión arterial portátiles», dice Zhu. «Y para demostrar hasta qué punto se pueden deformar los sensores, creamos un dispositivo portátil para monitorear el movimiento en la espalda de una persona, que tiene utilidad para la fisioterapia».
«También hemos demostrado una interfaz hombre-máquina», dice Wu. «Específicamente, usamos el sensor para crear un controlador táctil tridimensional que se puede usar para controlar un videojuego».
«El sensor se puede incorporar fácilmente en materiales portátiles existentes, como telas y cintas deportivas, conveniente para aplicaciones prácticas», dice Zhu. «Y todo esto es solo rascar la superficie. Creemos que habrá una variedad de aplicaciones adicionales a medida que continuamos trabajando con esta tecnología».
El trabajo se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, bajo el número de subvención 2122841; los Institutos Nacionales de Salud, con el número de subvención R01HD108473; y el Departamento de Defensa de EE. UU., con el número de concesión W81XWH-21-1-0185.
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte. Original escrito por Matt Shipman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
