В недавно опубликованном исследовании австралийские исследователи Саеб Мусави, Дэвид Ховард, Чун Ванг и Шуйинг Ву показывают новый метод производства пьезорезистивных тактильных датчиков для мягкой робототехники с использованием FDM 3D-печати термопластичным полиуретаном (ТПУ) и полимолочной кислотно-графеновой (PLA-G) композицией.

На фото 3D печатный сенсор. PLA-G находится между двумя слоями TPU. На двух концах PLA-G предназначен для облегчения соединения проводов.

Изготовлению тактильных датчиков с помощью 3D-печати уделяется все больше внимания благодаря предлагаемым преимуществам - от большей доступности по цене до повышенной скорости производства и возможности использования нескольких материалов, включая графен. Из-за превосходной поверхности и высокой проводимости графен очень перспективен в качестве материала для воспроизведения тактильных ощущений Термопласты доступны по цене и их легко распечатать. Никакой постобработки не требуется, и во встраиваемых сетях происходит более сильное связывание из-за большей твердости графита.

Для этого исследования ученые использовали проводящий полимерный композит (PLC-G) из полимолочной кислоты (PLA-G) в качестве пьезорезистивного чувствительного материала. Они напечатали 3D растягиваемый датчик, тестируя производительность, оценивая угол изгиба и широкий диапазон давления. Хотя образец, созданный исследователями, был базовым, он демонстрирует многообещающую способность к 3D-печати и использованию более сложной геометрии позднее.

«Возможность интеграции конструкционных и чувствительных материалов в одну печатную деталь дает несколько преимуществ и обходит некоторые ограничения традиционных методов изготовления», - утверждают исследователи. «Этот датчик может быть легко интегрирован или присоединен к мягким роботизированным приводам для получения тактильной информации».

Поскольку PLA не является гибким, ученые создали композит PLA-G для работы в качестве слоя, расположенного между TPU (здесь исследовательская группа использовала Ninjaflex ), без «отслоения».

«Датчик был наклеен с двух концов на алюминиевый шарнир, чтобы проверить его чувствительность к ограниченному изгибу. Во время каждого эксперимента шарнир до определенной степени сгибался и быстро возвращался в исходное состояние », - объясняют исследователи. «Измерив начальную длину датчика и радиус кривизны, была рассчитана соответствующая деформация (ε), индуцированная в датчике для каждого угла изгиба (ε = ΔL / L0), и впоследствии был рассчитан коэффициент калибровки (GF) (GF = (ΔR/R0)/ε)».

Результаты определения угла изгиба. Датчик был закреплен на двух концах на шарнире. Калибровочный коэффициент (GF) рассчитывали путем расчета индуцированной деформации в каждом цикле изгиба.

Исследователи использовали тензодатчик для приложения контактного давления. В ходе экспериментов использовались три различных давления.

Результаты определения контактного давления. На вставке показан результат для наименьшего обнаруживаемого давления (292 Па).

«Термопластичные нити облегчают процесс, потому что не требуется отверждение или последующая обработка. Кроме того, этот датчик может быть напечатан или прикреплен на любой поверхности (например, на мягких приводах) и может дать точную и надежную тактильную обратную связь. Способность измерять контактное давление и угол изгиба имеет решающее значение для мягкого привода, и этот датчик оказался очень хорошим кандидатом для разработки таких роботизированных приводов в будущем », - заключили исследователи.

Источник