3D打印多轴压力传感器，为低成本、大规模智能制造注入新活力
2021-07-17 21:56:05 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
来自韩国的一支研究团队利用3D打印技术开发了一种新型多方向的压力传感器，并与温度传感器相结合；3D打印技术成本低，同时还可扩展到智能机器人系统的大规模生产。
如步态异常和肌肉疾病等诸多医学问题的治疗，均需要对作用压力有精确的感知。因此，简单、轻便、低成本的柔性压力传感器引起了相当多的关注。这些传感器是通过“增材制造”或常称为“3D打印”来设计和制造的，主要使用导电聚合物复合材料作为其构建材料。
来自韩国的一支研究团队利用3D打印技术开发了一种新型多方向的压力传感器，并与温度传感器相结合；3D打印技术成本低，同时还可扩展到智能机器人系统的大规模生产。
然而，迄今为止开发的所有3D打印压力传感器均仅限于感知单一方向的作用力。但这对于现实应用来说是不够的，因为现实世界中的力可能从各种角度和方向施加。此外，大多数导电聚合物的电阻会随温度变化而改变，必须通过补偿来实现精确的压力传感。
据麦姆斯咨询报道，在Composites Part B: Engineering期刊上发表的一项研究中，来自韩国大邱庆北科学技术院（DGIST）的Hoe Joon Kim教授领导的研究团队解决了上述问题，采用了新设计的多轴压力传感器与测温元件相结合，从而克服了传统传感器的局限性。论文链接为：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.109079。
“我们的多轴压力传感器即使在倾斜力作用下，也能成功捕获读数。此外，该测温元件可以校准随温度变化的电阻标定。同时，可扩展性和低成本制造工艺与商用3D打印机完全兼容。”Kim教授解释道。
该项研究中，研究人员首先利用多壁碳纳米管（MWCNT）和聚乳酸（PLA）制备了可打印的导电聚合物。然后，利用商用弹性体与MWCNT/PLA复合丝制成的传感材料3D打印制造了传感器原型。该传感器基于底部有空心槽的bumper结构（缓冲垫结构），采用了三颗用于多轴压力检测的压力传感元件和一颗用于电阻校准的温度传感元件。该传感器通过评估每颗压力传感元件的响应，可以成功地校准作用力的大小和方向。将这种bumper结构安装在3D打印的触发器和握力器时，可以清晰地区分不同的人体动作和抓取动作。
研究人员对3D打印传感器的未来前景非常看好。“3D打印技术将在能源、生物医学和制造等领域有着广泛的应用。通过在机器人抓手和触觉传感器中引入该传感元件，可以实现多方向作用力随温度变化的检测，这预示着机器人技术新时代的到来。”Kim教授兴奋地评论说。
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