Kunstmatige 'huid' met warmtesensoren

Sat Mar 02 2024

03 02

Kunstmatige 'huid' met warmtesensoren

01/06/2022

Door Ad Spijkers

Onderzoekers aan de TU Eindhoven ontwikkelen een nieuwe printmethode voor kunstmatige huid voor bijvoorbeeld robotarmen.


     

Cobots kunnen veiliger gemaakt worden door het toepassen van een kunsthuid met warmtesensoren om de nabijheid van mensen in alle richtingen te detecteren. De huidige generatie sensoren bestaat echter uit onpraktische, stijve en dikke elektronica. Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een manier ontworpen om flexibele, dunne en nauwkeurige sensorelektronica te maken die beter presteert dan veel huidige sensoren.

Veel industriële processen vragen om nauwe samenwerking tussen mens en robot. Dat betekent dat robots nauwkeurige nabijheidssensoren nodig hebben om te controleren of iemand te dichtbij komt. Zodra hij iemand detecteert, schakelt de robot uit om te voorkomen dat de persoon gewond raakt. Veel van de huidige sensoren zijn gebaseerd op siliciumcomponenten, maar deze zijn stijf en dik. Dit maakt het moeilijk en duur om ze op de buitenkant van een robot te plaatsen.

Geprinte elektronica

Het alternatief is flexibele geprinte elektronica, maar dit soort elektronica heeft minder mogelijkheden in vergelijking met siliciumchips. Flexibele elektronica is traag en lawaaierig, wat de nauwkeurigheid negatief beïnvloedt. Maar in tegenstelling tot siliciumsensoren kunnen de flexibele exemplaren over grote oppervlakken worden geplaatst, zijn ze goedkoop te maken en kunnen ze in grote hoeveelheden worden geproduceerd.

Om het probleem van het maken van nauwkeurige en flexibele elektronica op te lossen, hebben de onderzoekers in samenwerking met collega's in Frankrijk, Oostenrijk en het VK nieuwe flexibele elektronica ontwikkeld. Hiervoor printen ze organische materialen op basis van polymeren. De printmethode maakt het mogelijk om in elke pixel van de constructie front-end elektronica (de eerste elektronica-laag na de sensor) te plaatsen.

In feite hebben ze elektronica op een vel kunststof of folie geprint, waarna ze de sensoren op een andere folie hebben geplaatst. Daarna hebben ze de twee folies aan elkaar gelamineerd, resulterend in een ultraflexibele en dunne sensor. Deze combinatie verbetert de signaalkwaliteit in vergelijking met eerdere sensoren.

Robotarm

Voor deze studie plaatsten de onderzoekers infrarode organische pyro-elektrische sensoren (warmtesensoren) met lange golflengte in de flexibele folie. Door een groot flexibel vel folie vol met warmtesensoren te creëren, is het mogelijk een structuur te bedekken, bijvoorbeeld een robotarm.

De flexibele sensor fungeert als een soort 'kunsthuid' voor de robot. Met de warmtesensoren kan de robot de aanwezigheid van een beweegbare warmtebron, zoals een persoon, detecteren op een afstand tot 0,4 m. Bovendien kunnen de sensoren een menselijke hand detecteren die vanuit verschillende richtingen nadert en niet alleen van recht voor zich.

Behalve toepassingen in de industrie met robots voorzien de onderzoekers betaalbare flexibele sensoren op tal van andere gebieden, zoals in de gezondheidszorg. De sensoren zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om de drukverdeling op een matras in kaart te brengen en zo doorligwonden te voorkomen. Daarnaast zouden ze kunnen worden gebruikt om te controleren of ouderen thuis of in verzorgingstehuizen vallen door sensoren in de vloeren aan te brengen. Dit soort sensoren zou zelfs kunnen worden afgestemd om de integriteit van vliegtuigvleugels te controleren.

Foto: Marco Fattori