Lean and Mean : Construire un capteur de pression multifonctionnel avec la technologie d’impression 3D

Le traitement de nombreux problèmes médicaux comme une démarche anormale et des troubles musculaires nécessite une détection précise de la pression appliquée. À cet égard, les capteurs de pression flexibles qui sont simples, légers et peu coûteux ont suscité une attention considérable. Ces capteurs sont conçus et fabriqués par « fabrication additive », ou ce qu’on appelle plus communément « l’impression 3D », en utilisant des composites polymères conducteurs comme blocs de construction.

Cependant, tous les capteurs de pression imprimés en 3D développés jusqu’à présent sont limités à la détection des forces appliquées dans une seule direction. C’est à peine suffisant pour les applications du monde réel, qui impliquent des situations où des forces peuvent être appliquées le long de divers angles et directions. De plus, la résistance électrique de la plupart des polymères conducteurs varie avec la température et doit être compensée pour une détection précise de la pression.

Dans une étude publiée dans Composites Partie B : Ingénierie, un groupe de scientifiques dirigé par le professeur Hoe Joon Kim de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk, en Corée du Sud, a abordé ce problème avec un capteur de pression multi-axes nouvellement conçu couplé à un composant de détection de température qui surmonte les limites de la technologie conventionnelle capteurs. « Notre capteur de pression multi-axes capture avec succès les lectures même lorsque des forces inclinées sont appliquées. De plus, le composant de détection de température peut calibrer le décalage de résistance avec les changements de température. De plus, le processus de fabrication évolutif et à faible coût est entièrement compatible avec les imprimantes 3D », explique le professeur Kim.

Les scientifiques ont d’abord préparé le polymère conducteur imprimable à l’aide de nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) et d’acide polylactique (PLA). Ensuite, ils ont construit le corps du capteur avec un élastomère commercial et un matériau de détection avec un filament composite MWCNTs/PLA en utilisant l’impression 3D. Le capteur est basé sur une structure de pare-chocs avec une auge creuse en dessous et utilise trois éléments de détection de pression pour la détection de pression multi-axes et un élément de détection de température pour l’étalonnage de la résistance. Le capteur pourrait calibrer avec succès à la fois l’amplitude et la direction de la force appliquée en évaluant la réponse de chaque élément de détection de pression. Cette structure de pare-chocs, lorsqu’elle est installée dans une bascule imprimée en 3D et une pince à main, a permis une distinction claire entre les mouvements humains distincts et les actions de préhension.

Les scientifiques sont ravis des perspectives d’avenir de leur capteur imprimé en 3D. « La technologie d’impression 3D proposée a un large éventail d’applications dans les domaines de l’énergie, de la biomédecine et de la fabrication. Avec l’incorporation des éléments de détection proposés dans les pinces robotiques et les capteurs tactiles, la détection des forces multidirectionnelles ainsi que de la température pourrait être réalisée, annonçant le début d’une nouvelle ère en robotique », commente un professeur enthousiaste Kim.

En effet, ce sont des conséquences intéressantes à attendre avec impatience !

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Référence

Auteurs : Hang-Gyeom Kim1, Sugato Hajra1, Dongik Oh1, Namjung Kim2, Hoe Joon Kim1,*

Titre de l’article original : Fabrication additive de composites de carbone haute performance : un capteur intégré de surveillance de la pression et de la température multi-axes

Journal: Composites Partie B : Ingénierie

DOI : https ://est ce que je.org/dix.1016/j.compositesb.2021.109079

Affiliations : 1Département de génie robotique, Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST)

2Département de Génie Mécanique, Université Gachon

*Email de l’auteur correspondant : joonkim@dgist.ac.kr

À propos de l’Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk (DGIST)

Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) est un institut de recherche bien connu et respecté situé à Daegu, en République de Corée. Créé en 2004 par le gouvernement coréen, le principal objectif de la DGIST est de promouvoir la science et la technologie nationales, ainsi que de stimuler l’économie locale.

Avec une vision de « Changer le monde par la convergence », la DGIST a entrepris un large éventail de recherches dans divers domaines de la science et de la technologie. La DGIST a adopté une approche multidisciplinaire de la recherche et entrepris des études intensives dans certains des domaines les plus vitaux d’aujourd’hui. La DGIST dispose également d’une infrastructure de pointe pour permettre des recherches de pointe en science des matériaux, robotique, sciences cognitives et ingénierie de la communication.

Site Web : https:///www.dgist.ac.couronnes/fr/html/sous01/010204.html

A propos de l’auteur

Hoe Joon Kim, professeur adjoint de génie robotique à la DGIST, est fasciné par les techniques de micro/nanofabrication et l’intégration de nanomatériaux émergents avec des micro/nanodispositifs. Il a obtenu un doctorat en génie mécanique de l’Université de l’Illinois, aux États-Unis. Il a été chercheur post-doctoral au Laboratoire de micro et nano systèmes de l’Université Carnegie Mellon aux États-Unis, où il a travaillé sur le développement de résonateurs piézoélectriques MEMS de faible puissance et à faible bruit pour des applications de détection et de contrôle de fréquence. Ses domaines de recherche comprennent également les résonateurs MEMS piézoélectriques pour la communication sans fil RF, la détection chimique/physique et la surveillance environnementale.

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