Onderzoekers van de Chung-Ang Universiteit in Zuid-Korea hebben nieuwe productiestrategieën ontwikkeld om de prestaties van piëzo-elektrische en tribo-elektrische tactiele sensoren te verbeteren. Deze sensoren, die mechanische prikkels omzetten in elektrische signalen, spelen een belangrijke rol in toepassingen zoals robotica, draagbare technologie en gezondheidszorg. De nieuwe aanpak richt zich op het verhogen van flexibiliteit, gevoeligheid en duurzaamheid, waarmee beperkingen zoals materiaalklachten en gevoeligheid voor omgevingsfactoren worden aangepakt.
Het onderzoek, geleid door professor Hanjun Ryu, werd op 11 november 2024 gepubliceerd in het International Journal of Extreme Manufacturing. De studie benadrukt de voordelen van geoptimaliseerde materialen en productietechnieken bij de ontwikkeling van tactiele sensoren die gebruikmaken van piëzo-elektrische en tribo-elektrische effecten. Piëzo-elektrische sensoren genereren spanning door mechanische druk in niet-centrosymmetrische materialen, terwijl tribo-elektrische sensoren werken via contact-geïnduceerde ladingsoverdracht. Beide soorten sensoren zijn zelfvoorzienend en uiterst gevoelig, maar vereisen verdere innovatie om bestaande beperkingen te overwinnen.
Voor piëzo-elektrische sensoren richtte het onderzoek zich op het verhogen van de piëzo-elektrische constante door middel van doping, verbeterde kristalstructuur en het gebruik van composietmaterialen. Innovaties zoals loodvrije keramieken, polymeercomposieten en oplosmiddelgebaseerde kristallisatie zorgen voor meer flexibiliteit en een verbeterde milieuvriendelijkheid. De integratie van 3D-printtechnieken bleek bovendien de gevoeligheid en toepasbaarheid van deze sensoren aanzienlijk te verbeteren.
Bij tribo-elektrische sensoren werden oppervlaktebewerkingen, zoals plasmabehandelingen en microstructurering, ingezet om de ladingsoverdracht te optimaliseren. Het onderzoek toonde ook de voordelen van hybride materialen en nanostructuren aan, die niet alleen de prestaties verbeteren, maar ook zorgen voor een betere duurzaamheid en bestandheid tegen omgevingsinvloeden.
De studie is een van de eerste die een uitgebreide analyse biedt van productiestrategieën voor beide sensortypes, waarbij de complementaire voordelen worden benadrukt. Het onderzoek toont aan dat vooruitgang in materiaaltechniek en fabricage essentieel is voor de ontwikkeling van sensoren die meerdere prikkels kunnen waarnemen en in real-time kunnen reageren.
Daarnaast onderzochten de onderzoekers de mogelijkheden van kunstmatige intelligentie (AI) om tactiele sensoren te verbeteren. Met AI kunnen gegevens zoals textuur- en drukherkenning nauwkeuriger worden geanalyseerd, wat de functionaliteit van deze sensoren verder uitbreidt en ze beter laat aansluiten bij menselijke zintuiglijke waarneming.
Professor Ryu verwacht dat deze innovaties een belangrijke bijdrage zullen leveren aan onder meer gezondheidszorg, robotica en mens-machine-interacties. De bevindingen leggen een basis voor de ontwikkeling van intelligente systemen die breed toepasbaar zijn en aansluiten bij de behoeften van verschillende industrieën en gebruikers.
