Flexibele naderingssensor maakt oppervlakken intelligent

Op het eerste gezicht werkt de naderingssensor niet bijzonder spectaculair: een dunne elastische siliconenlaag waarop zwarte vierkanten vlakken zijn gedrukt. Wat er uitziet als een kleur bestaat echter uit ontelbare microscopisch kleine koolstof nanobuisjes die mensen of voorwerpen kunnen lokaliseren.

De naderingssensor herkent alles wat elektrisch geleidend is. Zodra een object naderbij komt, verandert het elektrisch veld. Dat ziet men echter pas als er uitleeselektronica op wordt aangesloten. Zodra een hand of een metallische object voor de sensor wordt gehouden, volgt een signaal. Daarbij wordt niet alleen het object waargenomen maar, als het vlak uit meerdere sensorelementen bestaat, ook de positie van het object.

Hoge flexibiliteit, lage productiekosten

Bij hun sensor hebben de wetenschappers van IPA een combinatie van siliconen en koolstof nanobuisjes gebruikt. De opbouw gebeurt laag voor laag: op een laag siliconen volgens een laag met een mengsel van siliconen en koolstof nanobuisjes. Beide materialen zijn elastisch, flexibel en zijn stabiel in veel omgevingen. De sensor kan hierdoor ook op grote oppervlakken worden aangebracht.

Als productiemethoden kozen de wetenschappers de zeefdruk. De methode is snel en kan zonder dure voorbereidingen worden toegepast. Bovendien is het mogelijk grote vlakken te bedrukken en de sensoren in grote aantallen te produceren. De sensor is eenvoudig aan te brengen, is veelzijdig en goedkoop aan materiaal.

De onderzoekers hebben in een serie proeven geanalyseerd welke parameters voor de nauwkeurigheid van de detectie beslissend zijn. Daaruit bleek dat de concentraties van het actieve materiaal de grootste invloed heeft. Op de tweede plaats staat de laagdikte, gevolgd door het oppervlak van de sensor. Om een object op 8 mm afstand te detecteren zijn bijvoorbeeld drie druklagen, een concentratie van 1,5 gewichtsprocent en een oppervlak van 36 cm² nodig.

Partners gezocht

Voor de naderingssensor is een veelheid van toepassingen mogelijk. Slechts één voorbeeld is als kunsthuid voor robots. Servicerobots kunnen bijvoorbeeld een ‘hand’ uitsteken wanneer ze een persoon herkennen.

Ook in het ‘smart home’ zijn er veel toepassingsmogelijkheden, bijvoorbeeld voor lampen of deuren die aan of uit respectievelijk open en dicht gaan zodra er een mens aankomt. Met zijn elasticiteit is de sensor bovendien geschikt voor het voorkomen van ongevallen, bijvoorbeeld op werk- of beschermende kleding.

De wetenschapers overwegen ook de sensor in de medische techniek voor exoskeletten te gebruiken. De sensor is direct beschikbaar. Het instituut zoekt echter nog naar partners uit industrie en de onderzoekswereld die hem willen testen en verder ontwikkelen.

De naderingssensor is een voorbeeld van gedrukte elektronica. Toepassingen hiervan worden over het algemeen gebruikt om oppervlakken intelligent te maken. In het tijdperk van Industrie 4.0, waarbij voorwerpen van intelligentie worden voorzien en als cyberfysische systemen met elkaar communiceren, worden sensoren als deze steeds belangrijker. Oppervlakken met een naderingssensor fungeren daarbij als mens-machine-interface (HMI).

bron: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung