Kami menggunakan cookie untuk meningkatkan pengalaman Anda. Dengan terus menjelajahi situs ini, Anda menyetujui penggunaan cookie kami. Informasi Tambahan.
Sensor tekanan yang dapat dikenakan dapat membantu memantau kesehatan manusia dan mewujudkan interaksi manusia-komputer. Upaya terus dilakukan untuk menciptakan sensor tekanan dengan desain perangkat universal dan sensitivitas tinggi terhadap tekanan mekanis.
Studi: Transduser tekanan piezoelektrik tekstil berbasis serat nano polivinilidena fluorida elektrospun dengan 50 nozel. Kredit Gambar: African Studio/Shutterstock.com
Sebuah artikel yang diterbitkan dalam jurnal npj Flexible Electronics melaporkan fabrikasi transduser tekanan piezoelektrik untuk kain menggunakan benang lungsin polietilen tereftalat (PET) dan benang pakan polivinilidena fluorida (PVDF). Kinerja sensor tekanan yang dikembangkan dalam kaitannya dengan pengukuran tekanan berdasarkan pola tenunan ditunjukkan pada skala kain sekitar 2 meter.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sensitivitas sensor tekanan yang dioptimalkan menggunakan desain canard 2/2 245% lebih tinggi daripada desain canard 1/1. Selain itu, berbagai masukan digunakan untuk mengevaluasi kinerja kain yang dioptimalkan, termasuk fleksi, kompresi, kerutan, puntiran, dan berbagai gerakan manusia. Dalam penelitian ini, sensor tekanan berbasis jaringan dengan susunan piksel sensor menunjukkan karakteristik persepsi yang stabil dan sensitivitas yang tinggi.
Gambar. 1. Persiapan benang PVDF dan kain multifungsi. a Diagram proses elektrospinning 50 nosel yang digunakan untuk menghasilkan tikar nanofiber PVDF yang sejajar, di mana batang tembaga ditempatkan secara paralel pada sabuk konveyor, dan langkah-langkahnya adalah menyiapkan tiga struktur jalinan dari filamen monofilamen empat lapis. b Citra SEM dan distribusi diameter serat PVDF yang sejajar. c Citra SEM benang empat lapis. d Kekuatan tarik dan regangan putus benang empat lapis sebagai fungsi puntiran. e Pola difraksi sinar-X benang empat lapis yang menunjukkan keberadaan fase alfa dan beta. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R dkk. (2022)
Perkembangan pesat robot cerdas dan perangkat elektronik yang dapat dikenakan telah memunculkan banyak perangkat baru berdasarkan sensor tekanan fleksibel, dan aplikasinya dalam elektronik, industri, dan kedokteran berkembang pesat.
Piezoelektrik adalah muatan listrik yang dihasilkan pada material yang mengalami tekanan mekanis. Piezoelektrik pada material asimetris memungkinkan hubungan linear reversibel antara tekanan mekanis dan muatan listrik. Oleh karena itu, ketika sepotong material piezoelektrik mengalami deformasi fisik, muatan listrik akan dihasilkan, dan sebaliknya.
Perangkat piezoelektrik dapat menggunakan sumber mekanis bebas untuk menyediakan sumber daya alternatif bagi komponen elektronik yang mengonsumsi daya rendah. Jenis material dan struktur perangkat merupakan parameter kunci untuk produksi perangkat sentuh berbasis kopling elektromekanis. Selain material anorganik bertegangan tinggi, material organik yang fleksibel secara mekanis juga telah dieksplorasi dalam perangkat yang dapat dikenakan (wearable).
Polimer yang diproses menjadi nanofiber dengan metode elektrospinning banyak digunakan sebagai perangkat penyimpanan energi piezoelektrik. Nanofiber polimer piezoelektrik memfasilitasi penciptaan struktur desain berbasis kain untuk aplikasi yang dapat dikenakan dengan menyediakan pembangkitan elektromekanis berdasarkan elastisitas mekanis di berbagai lingkungan.
Untuk tujuan ini, polimer piezoelektrik banyak digunakan, termasuk PVDF dan turunannya, yang memiliki piezoelektrik kuat. Serat PVDF ini ditarik dan dipintal menjadi kain untuk aplikasi piezoelektrik termasuk sensor dan generator.
Gambar 2. Jaringan area luas dan sifat fisiknya. Foto pola rusuk pakan 2/2 besar hingga 195 cm x 50 cm. b Gambar SEM pola pakan 2/2 yang terdiri dari satu pakan PVDF yang disisipkan dengan dua alas PET. c Modulus dan regangan putus pada berbagai kain dengan tepi pakan 1/1, 2/2, dan 3/3. d adalah sudut gantung yang diukur untuk kain tersebut. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R dkk. (2022)
Dalam penelitian ini, generator kain berbasis filamen nanofiber PVDF dibangun menggunakan proses elektrospinning 50-jet berurutan. Penggunaan 50 nozel ini memfasilitasi produksi tikar nanofiber menggunakan sabuk konveyor berputar. Berbagai struktur tenun dibuat menggunakan benang PET, termasuk rusuk pakan 1/1 (polos), 2/2, dan 3/3.
Penelitian sebelumnya telah melaporkan penggunaan tembaga untuk penyelarasan serat dalam bentuk kawat tembaga yang disejajarkan pada drum pengumpul serat. Namun, penelitian saat ini terdiri dari batang tembaga paralel yang ditempatkan pada sabuk konveyor dengan jarak 1,5 cm untuk membantu penyelarasan spinneret berdasarkan interaksi elektrostatik antara serat bermuatan yang masuk dan muatan pada permukaan serat yang menempel pada serat tembaga.
Berbeda dengan sensor kapasitif atau piezoresistif yang telah dijelaskan sebelumnya, sensor tekanan jaringan yang diusulkan dalam makalah ini merespons berbagai gaya masukan, mulai dari 0,02 hingga 694 Newton. Selain itu, sensor tekanan kain yang diusulkan mempertahankan 81,3% dari masukan aslinya setelah lima kali pencucian standar, yang menunjukkan ketahanan sensor tekanan tersebut.
Selain itu, nilai sensitivitas yang mengevaluasi hasil tegangan dan arus untuk rajutan rusuk 1/1, 2/2, dan 3/3 menunjukkan sensitivitas tegangan tinggi sebesar 83 dan 36 mV/N terhadap tekanan rusuk 2/2 dan 3/3. 3 sensor pakan menunjukkan sensitivitas 245% dan 50% lebih tinggi untuk sensor tekanan ini, masing-masing, dibandingkan dengan sensor tekanan pakan 24 mV/N 1/1.
Beras. 3. Aplikasi yang diperluas dari sensor tekanan kain penuh. a Contoh sensor tekanan sol dalam yang terbuat dari kain bergaris pakan 2/2 yang disisipkan di bawah dua elektroda melingkar untuk mendeteksi gerakan kaki depan (tepat di bawah jari kaki) dan tumit. b Representasi skematis setiap tahap dari langkah-langkah individual dalam proses berjalan: pendaratan tumit, landasan, kontak jari kaki, dan angkat kaki. c Sinyal keluaran tegangan sebagai respons terhadap setiap bagian dari langkah berjalan untuk analisis gaya berjalan dan d Sinyal listrik yang diperkuat terkait dengan setiap fase gaya berjalan. e Skematis sensor tekanan jaringan penuh dengan susunan hingga 12 sel piksel persegi panjang dengan garis konduktif berpola untuk mendeteksi sinyal individual dari setiap piksel. f Peta 3D sinyal listrik yang dihasilkan dengan menekan jari pada setiap piksel. g Sinyal listrik hanya terdeteksi pada piksel yang ditekan jari, dan tidak ada sinyal samping yang dihasilkan pada piksel lain, yang mengonfirmasi bahwa tidak ada crosstalk. © Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, H. R dkk. (2022)
Kesimpulannya, studi ini menunjukkan sensor tekanan jaringan yang sangat sensitif dan dapat dikenakan yang menggabungkan filamen piezoelektrik nanofiber PVDF. Sensor tekanan yang diproduksi memiliki rentang gaya input yang luas, mulai dari 0,02 hingga 694 Newton.
Lima puluh nozel digunakan pada satu prototipe mesin pintal listrik, dan lapisan serat nano yang kontinu diproduksi menggunakan konveyor batch berbahan dasar batang tembaga. Di bawah kompresi intermiten, kain kelim pakan 2/2 yang diproduksi menunjukkan sensitivitas 83 mV/N, yang sekitar 245% lebih tinggi daripada kain kelim pakan 1/1.
Sensor tekanan anyaman yang diusulkan memantau sinyal listrik dengan memberikannya gerakan fisiologis, termasuk memutar, menekuk, meremas, berlari, dan berjalan. Selain itu, pengukur tekanan kain ini sebanding dengan kain konvensional dalam hal daya tahan, mempertahankan sekitar 81,3% dari hasil aslinya bahkan setelah 5 kali pencucian standar. Selain itu, sensor jaringan yang diproduksi efektif dalam sistem perawatan kesehatan dengan menghasilkan sinyal listrik berdasarkan segmen berkelanjutan dari langkah kaki seseorang.
Kim, DB, Han, J., Sung, SM, Kim, MS, Choi, BK, Park, SJ, Hong, HR, dkk. (2022). Sensor tekanan piezoelektrik kain berbasis nanofiber polivinilidena fluorida elektrospun dengan 50 nozel, tergantung pola tenun. Elektronika fleksibel npj. https://www.nature.com/articles/s41528-022-00203-6.
Penafian: Pandangan yang diungkapkan di sini adalah pandangan penulis dalam kapasitas pribadinya dan tidak mencerminkan pandangan AZoM.com Limited T/A AZoNetwork, pemilik dan pengelola situs web ini. Penafian ini merupakan bagian dari ketentuan penggunaan situs web ini.
Bhavna Kaveti adalah seorang penulis sains dari Hyderabad, India. Ia meraih gelar MSc dan MD dari Vellore Institute of Technology, India. Ia meraih gelar sarjana di bidang kimia organik dan medis dari Universitas Guanajuato, Meksiko. Penelitiannya berkaitan dengan pengembangan dan sintesis molekul bioaktif berbasis heterosiklus, dan ia berpengalaman dalam sintesis multi-tahap dan multi-komponen. Selama penelitian doktoralnya, ia meneliti sintesis berbagai molekul peptidomimetik terikat dan terfusi berbasis heterosiklus yang diharapkan memiliki potensi untuk lebih memfungsikan aktivitas biologis. Sambil menulis disertasi dan makalah penelitian, ia mengeksplorasi minatnya pada penulisan ilmiah dan komunikasi.
Cavity, Buffner. (11 Agustus 2022). Sensor tekanan kain penuh yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan. AZonano. Diakses 21 Oktober 2022 dari https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Cavity, Buffner. “Sensor tekanan seluruh jaringan yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan”. AZonano.21 Oktober 2022.21 Oktober 2022.
Cavity, Buffner. “Sensor tekanan seluruh jaringan yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan”. AZonano. https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544. (Per 21 Oktober 2022).
Cavity, Buffner. 2022. Sensor tekanan serba kain yang dirancang untuk pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan. AZoNano, diakses 21 Oktober 2022, https://www.azonano.com/news.aspx?newsID=39544.
Dalam wawancara ini, AZoNano berbincang dengan Profesor André Nel tentang studi inovatif yang ia ikuti, yang menjelaskan pengembangan nanocarrier "gelembung kaca" yang dapat membantu obat memasuki sel kanker pankreas.
Dalam wawancara ini, AZoNano berbicara dengan King Kong Lee dari UC Berkeley tentang teknologi pemenang Hadiah Nobel miliknya, pinset optik.
Dalam wawancara ini, kami berbicara dengan SkyWater Technology tentang keadaan industri semikonduktor, bagaimana nanoteknologi membantu membentuk industri, dan kemitraan baru mereka.
Inoveno PE-550 adalah mesin pemintalan/penyemprotan elektro terlaris untuk produksi serat nano berkelanjutan.
Filmetrics R54 Alat pemetaan resistansi lembaran canggih untuk wafer semikonduktor dan komposit.