23/03/2021
Door Ad Spijkers
De Technische Universität Berlijn doet onderzoek naar textieldruksensoren voor perfect zitcomfort op de fiets, zachte robotica en ergonomisch betere werkprocessen.
Fietszadels zijn massaproducten, maar een slecht passend zadel kan pijnlijk zijn. Sigrid Rotzler aan de TU Berlin onderzoekt daarom een manier om de geometrie van het achterwerk nauwkeurig te meten en deze gegevens te gebruiken om het perfect gevormde fietszadel te ontwerpen. Om dit te doen, combineert ze micro-elektronica met ………. borduren.
De fijnste roestvast stalen geleiders, slechts 0,2 mm dik, zijn op een afstand van 2,5 mm geborduurd op een stof. Het doel is om een meetmat op textielbasis te ontwikkelen die dient als demonstrator voor op maat gemaakte fietszadels. Andere toepassingen voor textieldruksensoren zijn zachte robotica. Functionele handschoenen zouden kunnen worden uitgerust met textieldruksensoren die bijvoorbeeld de kracht meten waarmee bepaalde handelingen worden uitgevoerd. Aldus verzamelde gegevens kunnen informatie opleveren of het gebruik van kracht leidt tot gezondheidsschade en hoe ergonomisch tegenmaatregelen kunnen worden genomen.
Meten met textieldruksensoren
Tussen twee lagen geborduurde roestvast stalen geleiders bevindt zich een zwak geleidende derde laag, waarvan de weerstand verandert met de druk. De geleiders worden op de boven- en onderlaag 90° gedraaid geplaatst zodat de geleiders een raster vormen met maximaal 1024 snijpunten, afhankelijk van de grootte van de sensor. De weerstand gemeten op de kruispunten geeft informatie over de drukbelasting. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om de geometrie van het achterwerk nauwkeurig vast te leggen bij het zitten op de mat.
Wat Rotzler wil onderzoeken en samenbrengen in een portfolio is welke materialen, in welke combinatie, voor welke toepassingen de meest betrouwbare waarden opleveren. Ze genereert deze waarden door de sensoren in de verschillende materiaalcombinaties bloot te stellen aan verschillende belastingsscenario's. Dat kunnen een continue belasting, verschillende krachten of een constante kracht met verschillende laadsnelheden zijn.
De parallel aan de belasting gemeten weerstand geeft informatie over de geschiktheid van de materiaalcombinaties. Zo moeten textieldruksensoren in functionele handschoenen kleine, snel veranderende krachten (waarvan sommige slechts een kort effect hebben) betrouwbaar kunnen meten. Als meetmat voor het fietszadel daarentegen werken grotere krachten gedurende langere tijd op de sensor. Daarom is het hier belangrijk dat de weerstand niet verandert in de tijd als de belasting gelijk blijft.
Roestvast staal
Voor drie onderdelen moet ze de meest geschikte materialen vinden: voor de twee textiellagen waarop de geleider is geborduurd, voor de geleider zelf en de tussenlaag. Voor de bovenste en onderste textiellaag bliljkt een gekalanderd non-woven materiaal het best. Een dunner licht elastisch materiaal is geschikter voor de functionele handschoen. Rotzler beoordeelde veertien materialen voor de tussenlaag. Bij de experimenten met geleiders uit roestvast staal, koper en zilver kwam roestvast staal als beste naar voren.