Stretchable Capacitive and Resistive Strain Sensors: Accessible Manufacturing Using Direct Ink Writing

要約

ロボット工学が柔らかい構造、擬人化された形状、および複雑なタスクの統合に向けて進むにつれて、柔らかくて非常に伸縮性のあるメカニクランスドゥーサーが不可欠になっています。
形状の適合性、伸縮性、適応性を確保しながら触覚と固有受容のデータを確実に測定するために、研究者は、スケーラブルで多用途の製造技術とともに多様な形質導入原理を調査しました。
それにもかかわらず、伸縮性センサーの多くの現在の方法は、単一のセンサー構成を生成するように設計されているため、設計の柔軟性が制限されます。
ここでは、カスタマイズ可能な伸縮性センサーのためのアクセス可能で柔軟な印刷ベースの製造アプローチを紹介します。
私たちの方法では、商用3Dプリンターと統合されたカスタムビルドのプリントヘッドを採用して、導電性インクの直接インクライティング（DIW）を硬化したシリコン基板に可能にします。
積み重ね可能なトレイによって促進される層ごとの製造プロセスにより、シリコンマトリックス内に複数の液体導電性インク層を堆積させることができます。
高い設計の柔軟性のための方法の能力を実証するために、容量性株と抵抗の両方のひずみセンサーの形態を製造および評価します。
実験的特性評価により、容量性ひずみセンサーが高い線形性（r^2 = 0.99）、1.0の理論的限界近くの高感度（GF = 0.95）、最小ヒステリシス（DH = 1.36％）、および大きな伸縮性（550％）があることが示されました。
文献で報告されている最先端の伸縮性ひずみセンサーに。

要約(オリジナル)

As robotics advances toward integrating soft structures, anthropomorphic shapes, and complex tasks, soft and highly stretchable mechanotransducers are becoming essential. To reliably measure tactile and proprioceptive data while ensuring shape conformability, stretchability, and adaptability, researchers have explored diverse transduction principles alongside scalable and versatile manufacturing techniques. Nonetheless, many current methods for stretchable sensors are designed to produce a single sensor configuration, thereby limiting design flexibility. Here, we present an accessible, flexible, printing-based fabrication approach for customizable, stretchable sensors. Our method employs a custom-built printhead integrated with a commercial 3D printer to enable direct ink writing (DIW) of conductive ink onto cured silicone substrates. A layer-wise fabrication process, facilitated by stackable trays, allows for the deposition of multiple liquid conductive ink layers within a silicone matrix. To demonstrate the method’s capacity for high design flexibility, we fabricate and evaluate both capacitive and resistive strain sensor morphologies. Experimental characterization showed that the capacitive strain sensor possesses high linearity (R^2 = 0.99), high sensitivity near the 1.0 theoretical limit (GF = 0.95), minimal hysteresis (DH = 1.36%), and large stretchability (550%), comparable to state-of-the-art stretchable strain sensors reported in the literature.

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