Capteurs de pression flexibles à condensateur CMAG pour la cartographie de la pression statique et la surveillance des ondes de pouls en temps réel de l'artère radiale. a) Photographie d'une matrice de 5 × 5 pixels avec des grains de riz, soja et haricot rouge pesant ~20, 158 et 219 mg, respectivement (à gauche), et la distribution correspondante du changement de capacité normalisé sur le réseau sensoriel (à droite). b) Photographie d'une matrice de 5 × 5 pixels avec un penny pesant 3,11 g (à gauche) et la distribution correspondante du changement de capacité normalisé (à droite). c) Photographie d'un capteur de pression CMAG flexible et confortable semblable à un tatouage. d) Photographie du capteur de pression fixé près de l'artère du poignet. e) Surveillance en temps réel des ondes de pouls des sujets humains A et B avant et après 3 min d'exercice. f) Comparaison des formes d'onde à vue agrandie du sujet humain A avant et après un exercice de 3 min extraites des cases en pointillés en e montrant des informations importantes sur la santé telles que l'indice de réflexion (RI) = (P2/P1) × 100% et la rigidité artérielle indice (SI) = hauteur du sujet/∆TDVP (en unités de m s−1 ). Crédit :Huang et al.
Les capteurs microscopiques capables de détecter de petits changements de pression ont de nombreuses applications utiles, en particulier pour le développement de robots et de dispositifs portables de surveillance de la santé. La plupart des capteurs de pression capacitifs et transistorisés existants, cependant, avoir un certain nombre de limites, y compris une faible sensibilité, vitesse de réponse lente, consommation d'énergie élevée et stabilité insatisfaisante.
Des chercheurs de l'Université de Californie et de l'Université du Hunan ont récemment proposé une nouvelle stratégie pour développer des capteurs de pression hautement sensibles qui pourraient surmonter certaines des limitations des capteurs de pression existants. Leur approche, présenté dans un article publié dans Nature Électronique , implique l'intégration d'une grille conductrice à entrefer microstructuré (CMAG) avec des transistors semi-conducteurs 2-D.
« J'ai toujours été plus intéressé par les applications pratiques que par la recherche théorique, " Yun Chiao Huang, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, a déclaré TechXplore. "Au cours de ma première année à l'UCLA, Le professeur Duan m'a encouragé à explorer différents domaines et à trouver le sujet qui me passionnait le plus. Après avoir lu de nombreux articles, Je me suis intéressé aux applications de détection de pression et j'ai commencé à les expérimenter."
Huang et ses collègues ont fabriqué leurs capteurs de pression en intégrant des CMAG avec des transistors semi-conducteurs 2-D, car ils ont découvert que cette conception améliorait leurs performances de détection. Cette idée leur est venue lors d'une réunion de groupe au cours de laquelle Huang présentait certains de ses résultats de recherche.
« Nous avons pensé que si nous pouvions créer de « vrais » entrefers microstructurés pour surmonter le comportement viscoélastique des élastomères des dispositifs microstructurés conventionnels et les intégrer à des transistors 2D, nos capteurs présenteraient une sensibilité à la pression améliorée et des réponses plus rapides, " Huang a déclaré. "Cela bénéficierait à un large éventail d'applications pratiques, comme la détection d'ondes acoustiques, cartographie de la pression, Surveillance de la santé, et plus."
Dans les capteurs développés par les chercheurs, Les CMAG créent des entrefers microstructurés sans entraîner de comportement viscoélastique indésirable, ce qui est observé dans les élastomères au sein de dispositifs plus conventionnels. Cela conduit finalement à une sensibilité plus élevée, des temps de réponse plus rapides, faible consommation d'énergie et stabilité remarquable.
"En intégrant des transistors semi-conducteurs 2-D avec des CMAG uniques, nos capteurs à transistors CMAG peuvent être encore améliorés pour de meilleures performances, permettant un large éventail d'applications, " dit Huang.
Dans les premières expériences, les capteurs construits par les chercheurs présentaient une sensibilité réglable et une plage de détection de pression, avec une sensibilité moyenne de 44kPa -1 dans le régime 0-5 kPa et une sensibilité maximale jusqu'à 770 kPa -1 . En outre, lors de l'utilisation des grilles à entrefer comme grilles sensibles à la pression pour les transistors semi-conducteurs 2-D, Huang et ses collègues ont pu augmenter encore la sensibilité de leurs appareils à ~ 10 3 -dix 7 kPa -1 , à un régime de pression optimisé de ~1,5 kPa.
La stratégie de conception basée sur CMAG introduite par Huang et ses collègues est assez facile à mettre en œuvre. En outre, il peut être appliqué au développement de capteurs à la fois capacitifs et à transistors.
Les chercheurs ont démontré le potentiel de leurs capteurs de pression pour un certain nombre d'applications, incluant la mise en place d'une cartographie de la pression statique, la mesure des ondes pulsées humaines et la détection des ondes sonores. À l'avenir, leurs capteurs très sensibles pourraient être utilisés pour développer des robots dotés de capacités de détection plus avancées, dispositifs portables pour surveiller la santé des patients au fil du temps, et plusieurs autres outils technologiques.
"Avec un peu de chance, le concept des CMAG ouvrira la voie à de nouveaux types de capteurs de pression, " Huang a déclaré. "Nous travaillons maintenant sur des réseaux sensoriels de pression conformes / flexibles basés sur le concept de CMAG, qui permettra l'interface homme-machine et les applications associées. Nous sommes impatients de présenter davantage notre travail à l'avenir. »
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