Aunque los sensores flexibles han adquirido una oleada de capacidades de detección exóticas en la última década, la deformación compleja, que generalmente resulta de fuerzas o tensiones de múltiples ejes, puede ser difícil de medir debido a la falta de percepción independiente de los estímulos multiaxiales.
El efecto de Poisson de los materiales sensibles es el principal obstáculo para la percepción independiente de estímulos biaxiales.Los investigadores observaron que los materiales con índice de Poisson cero (ZPR), que mantienen un ancho transversal constante bajo tensión longitudinal, pueden abordar los problemas de interferencia en la percepción de estímulos biaxiales o multiaxiales.
Es un gran desafío preparar membranas de elastómero con una relación de Poisson cero debido a la propiedad incompresible y a una relación de Poisson de casi 0,5 de los elastómeros.
Este estudio fue dirigido por el Prof. Hao Wu (Centro de Investigación de Electrónica Flexible, Laboratorio Estatal Clave de Equipos y Tecnología de Fabricación Inteligente, Facultad de Ciencias e Ingeniería Mecánica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong).El profesor Wu y su alumno, el Dr. Xin Huang, pensaron que la combinación de la estructura tradicional del índice de Poisson positivo (PPR) y la estructura del índice de Poisson negativo (NPR) puede ser una forma efectiva de lograr una estructura del índice de Poisson cero.
El equipo descubrió que la relación de Poisson de la estructura híbrida era la superposición de la relación de Poisson de estructuras individuales."El tamaño de las características de las estructuras PPR y NPR representa la proporción de PPR y NPR en la relación de Poisson general, y el cambio del tamaño de las características y el ancho de la estructura híbrida puede variar la relación de Poisson entre positivo y negativo", dice Wu.
Los investigadores utilizaronanálisis de elementos finitosestimar el índice de Poisson de la estructura híbrida y encontrar los parámetros óptimos para obtener la membrana ZPR.La membrana PDMS con estructura híbrida exhibió una pequeña relación de Poisson de 0,07, mientras que la membrana PDMS sin estructura híbrida exhibió una relación de Poisson de 0,43, lo que indica el efecto de la estructura híbrida en la disminución de la relación de Poisson.El
sensores flexiblesbasado en las membranas ZPR podría detectar con precisión estímulos uniaxiales y detectar de forma independiente estímulos biaxiales.Cuando el sensor flexible se estiró uniaxialmente, la resistencia eléctrica de las unidades de detección a lo largo de la dirección de estiramiento aumentó la linealidad, mientras que la resistencia de las unidades de detección perpendiculares a la dirección de estiramiento mostró poco aumento independientemente de la tensión de tracción.
Las unidades de detección a lo largo de un eje particular solo respondieron a la tensión de tracción en el eje correspondiente, lo que dotó al sensor flexible de la capacidad de detección independiente de estímulos biaxiales.
Los sensores flexibles ZPR tienen la capacidad de detectar con precisión el estado de fuerza, tensión y movimiento en casos de manipulación y locomoción robótica con deformación compleja.Específicamente, los sensores flexibles ZPR pueden medir con precisión las fuerzas de contacto entre manipuladores rígidos y objetos agarrados independientemente de la deformación de los objetos agarrados.
La combinación de dos unidades de detección perpendiculares en los sensores flexibles ZPR colocados en los dedos de los manipuladores puede indicar la flexión normal de los dedos y colisiones inesperadas con obstáculos.Los sensores flexibles ZPR también tienen la capacidad de detectar la distancia de locomoción y la dirección del robot blando biaxial."Las exóticas capacidades de detección de los sensores ZPR tienen un gran potencial para aplicaciones en el cuidado de la salud, interfaces hombre-máquina y detección táctil robótica", dice Wu.
La investigación espublicadoen el diarioRevista Nacional de Ciencias.
Más información:Xin Huang et al, Sensores flexibles con relación de Poisson cero,Revista Nacional de Ciencias(2024).DOI: 10.1093/nsr/nwae027
Citación:Sensores flexibles con índice de Poisson cero (2024, 15 de marzo)recuperado el 15 de marzo de 2024de https://techxplore.com/news/2024-03-flexible-sensors-poisson-ratio.html
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