Capteur de pression super sensible à base de mousse chargée de carbone
covered conductive pores.
Le capteur de pression capacitif décrit dans un article intitulé «Mousses polymères pour capteurs capacitifs basse pression flexibles et très sensibles» publié dans le journal Nature’s npj Flexible Electronics consistent en une mousse composite dont les pores fermés sont recouverts de particules de noir de carbone conductrices.
Les chercheurs ont conçu le matériau composite à l’aide d’une méthode émulsion d’eau dans huile, dans laquelle une émulsion aqueuse de gouttelettes de noir de carbone (CB) est dispersée dans une matrice de PDMS avant son durcissement. L’évaporation de l’eau après durcissement du polymère laisse une structure élastomère à pores sphériques recouverts de particules de noir de carbone. La mousse composite est ensuite prise en sandwich entre deux bandes de ruban de carbone souple conducteur servant d’électrodes supérieure et inférieure, formant ainsi le capteur capacitif complet.
En expérimentant diverses concentrations de noir de carbone, la dispersion l’épaisseur des matériaux, les chercheurs ont découvert qu’une concentration de 10% en poids de CB dans un coussin de mousse de 1,2 mm d’épaisseur permettait une excellente sensibilité. Le document indique une sensibilité à la pression de 35.1 kPa−1 dans la plage de pressions de 0 à 0,2 kPa et de 6.6 kPa−1 dans la plage de 0,2 à 1,5 kPa.
De plus, la capacité élevée (supérieure à 100 pF) peut facilement être mesurée avec une électronique à faible coût, sans aucune amplification de signal. Il suffit d’une polarisation de 1V pour enregistrer les réponses capacitives du composant, et comme la résistivité du matériau est élevée, le capteur ne consomme qu’environ 100 nW à 1 kPa de détection de pression (affichant alors une résistance de 10 MΩ). Ce sont des ordres de grandeur de meilleure efficacité que les transducteurs de pression piézorésistifs classiques en silicium, affirment les chercheurs.
Les auteurs pensent que ces capteurs de pression ultrasensibles pourraient être utilisés comme un simple patch pour surveiller la pression artérielle en enregistrant les ondes du pouls artériel (en tant que signaux capacitifs) et en les convertissant en une valeur de pression par l’utilisation d’algorithmes basés sur l’IA.
Mais ces matériaux composites pourraient également être utilisés pour concevoir des peaux artificielles sensibles à la pression pour la robotique. Une application médicale particulière mentionnée dans l’article est l’utilisation de la robotique pour la palpation des organes des tissus mous et pour la détection des nodules incrustés dans les tissus mous. Les auteurs notent que pour les nodules de taille millimétrique, la variation de la rigidité est inférieure à 0,1 kPa, ce qui nécessite des capteurs très sensibles comme celui qu’ils ont montré.
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