Wyssで紹介されている人工皮膚およびその他のアプリケーションの歪み、圧力、およびせん断を検出できる伸縮可能なセンサーに関する論文を2本紹介します。

元記事はこちら：https://wyss.harvard.edu/technology/flexible-embedded-liquid-sensors/

Hyperelastic pressure sensing with a liquid-embedded elastomer

超弾性圧力トランスデューサーは、シリコンゴムに導電性液体共晶ガリウム-インジウムのマイクロチャネルを埋め込んで製造されています。 0〜100 kPaの範囲の圧力でエラストマーの表面を押すと、下にあるチャネルの断面が変形し、電気抵抗が最大50％変化します。マスクレスのリソグラフィープロセスにより、25μmという小さな寸法のマイクロチャネルが得られ、電気抵抗の変化は、表面圧力の大きさと面積、埋め込みチャネルの断面形状、深さ、相対的な横方向位置の関数として測定されます。 これらの実験的に測定された値は、平面ひずみ弾性と接触力学から導出された閉形式の理論的予測と密接に一致しているようです。

ひずみおよび圧力センシング用の超弾性トランスデューサーは、弾性的に伸縮可能な電子機器およびコンピューティングのはるかに広く、潜在的に革命的な分野の一側面にすぎない、と本論文では主張しています。結論部分に記載がありますが、今後の取り組みでは、圧力と地面の接触を検知するために、超弾性センサーを矯正装置とソフトロボットに統合することに焦点を当てるそうです。ここで紹介する原理と製造技術は、他の潜在的なセンシングモードと電子機能を調べるためにも使用できます。最後に、理論解析を適用することで、広範な設計、長さスケール、および材料のセンサー性能を予測できます。

Design and Fabrication of Soft Artificial Skin Using Embedded Microchannels and Liquid Conductors

本論文では高度に準拠した人工皮膚センサーの設計、製造、およびキャリブレーションについて説明しています。センサーは、導電性液体で満たされたエラストマーマトリックス内の多層マイクロチャネルで構成され、多軸ひずみと接触圧力を検出できます。多層ソフトセンサー回路を製造するための、層状成形および鋳造プロセスで構成される新しい製造方法を実証しています。マイクロチャネルが埋め込まれた3つの超弾性シリコンゴム層を積み重ねて結合し、 3つの層には、多軸ひずみや接触圧力など、さまざまなタイプのセンシング用のさまざまなチャネルパターンが含まれています。 3D印刷された金型でキャストされたチャネルパターンを備えたシリコーンゴム層が接着されて、埋め込まれたマイクロチャネルが作成され、導電性液体がマイクロチャネルに注入されます。チャネルの寸法は200 µm（幅）×300 µm（高さ）です。センサーのサイズは25 mm×25 mmで、厚さは約3.5 mmです。プロトタイプは材料テスターでテストされ、ひずみ検知の直線性と圧力検知の非直線性を示しました。センサー信号は両方の場合で再現可能とのこと。皮膚プロトタイプの特性係数は約63 kPaです。センサーは約250％のひずみまで機能することを確認しています。

[1] Park, Y. L., Majidi, C., Kramer, R., Bérard, P., & Wood, R. J. (2010). Hyperelastic pressure sensing with a liquid-embedded elastomer. Journal of Micromechanics and Microengineering, 20(12), 125029.

論文URL：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0960-1317/20/12/125029/meta

[2] Park, Y. L., Chen, B. R., & Wood, R. J. (2012). Design and fabrication of soft artificial skin using embedded microchannels and liquid conductors. IEEE Sensors Journal, 12(8), 2711-2718.

論文URL：https://ieeexplore.ieee.org/document/6203551?arnumber=6203551&tag=1