O sensor inovador permite o monitoramento em tempo real de sistemas complexos

Os atuadores de elastômeros fluídicos (FEAs) são tubos ou membranas pressurizadas que podem ser facilmente reorganizadas em dispositivos mecânicos complexos. Eles ganharam atenção significativa por sua natureza leve e flexível, tornando -os ideais para robótica e dispositivos biomédicos.

No entanto, a medição precisa de sua resposta dinâmica e rearranjo é desafiadora porque os sensores tradicionais, como acelerômetros piezoelétricos e sensores piezoresistivos, não são adequados para superfícies de forma livre, como telhados abobadados ou formas complexas. Seus carcaças metálicas rígidas restringem grandes deformações e afetam o desempenho da FEA.

Além disso, a medição precisa das respostas dinâmicas no FEAS desempenha um papel importante no design de automóveis. Ao projetar carros novos com alta eficiência e segurança, a medição da vibração e a pressão estática nos pneus pressurizados com uma estrutura inflável são inevitáveis. Essas medidas não apenas revelam o desempenho do carro, mas também sua saúde estrutural.

Motivada por essa lacuna na tecnologia, uma equipe de cientistas liderada pelo professor Naoki Hosoya, do Shibaura Institute of Technology (SIT), Japão, explorou os sensores de elastômero dielétrico (DES) para enfrentar esse desafio. A equipe consistia no Sr. Haruyuki Kurata da Sit, Japão, Dr. Ardi Wiranata, da Universidade de Gadjah Mada, Professor Shingo Maeda do Instituto de Science Tóquio, Dr. David Garcia Cava da Universidade de Edinburgh e Dr. Francesco Giorgio-Serchi da Universidade de Edinburgh.

Este estudo, publicado na revista Mediçãoexplorou como o DESS pode ser usado para medir a pressão e a resposta de vibração nas estruturas fluídicas macias. Como observa o Prof. Hosoya, “nosso estudo explora como o DES pode ser efetivamente implementado para estimativa e controle do estado em tempo real de atuadores fluídicos moles”.

Para entender o funcionamento desse sensor, a equipe de cientistas fabricou um desse do tipo capacitivo usando polidimetilsiloxano (PDMS) e nanotubos de carbono. Esse sensor foi testado para medir a resposta de vibração dos sistemas fluídicos moles sob atuação pneumática e foi capaz de medir vibrações de até 100 Hz.

O dispositivo mediu a vibração e a pressão estática capturando a mudança na capacitância. Quando o DES é submetido a uma força externa, levando a uma deformação, a capacitância aumenta. A equipe descobriu que o DES exibia uma resposta linear à amplitude da vibração, com sua sensibilidade aumentando à medida que a pressão estática diminuiu.

Hosoya explica: “A massa e a rigidez dos sensores convencionais, como acelerômetros piezoelétricos e sensores piezoresistivos, influenciam fortemente as características dinâmicas das estruturas infláveis ​​subjacentes, provavelmente dificultando a operação nominal do atuador”. Ao contrário dos sensores piezoresistivos, o DES é flexível e pode suportar grandes rearranjos deformativos, tornando-os ideais para o monitoramento em tempo real do FEAs.

Esses achados destacam o potencial do DES como um dispositivo de detecção valioso para robótica suave e monitoramento da saúde. A capacidade do DES de funcionar em ambientes complexos e deformativos permite definir um novo padrão para aplicações em robótica, dispositivos biomédicos e infraestrutura em larga escala.

O Prof. Hosoya diz: “O DES permite capturar uma resposta dinâmica rápida de dispositivos ou estruturas altamente deformáveis, revelando um papel potencial no controle da robótica mole e no monitoramento estrutural.

“Esses resultados indicam que a DESS leve e altamente elaborada pode ser convenientemente usada como unidades incorporadas em redes fluídicas complexas, ajudando no monitoramento desses tipos de atuadores, facilitando sua observação e controle sem representar nenhuma restrição à sua operação”.