Исследователь Себастьян Гратц-Келли (фото) демонстрирует датчик, созданный из эластомерной пленки с металлическим покрытием. Так -пачка, установленная здесь на браслете, может распознать давление и направление пальца, которое пронзило его. Усовершенствованные алгоритмы машинного обучения позволяют системе распознавать нарисованные буквы или шаблоны. Исследовательские группы, возглавляемые профессорами Стефаном Силеке и Полом Моцки (Университет Саарланд) и Джоном Хеппе (Университет прикладных наук SAAR) будут на Международной торговой ярмарке Ганновера Месе. Они используют тонкие силиконовые пленки для разработки недорогих, энергоэффективных транзисторов. Их цель-создать гибкие схемы на основе эластомеров для высоковольтных приложений. Кредит: Оливер Дитц
Исследовательская команда, возглавляемая профессорами Стефаном Силеке и Полом Моцки из Университета Саарланд, использует очень универсальный фильм, не намного толще, чем домохозяйственная пленка, чтобы придать новые возможности объектам при сохранении энергии в процессе. При использовании в носимых текстиле эти фильмы могут двигаться и прижиматься к коже, обеспечивая тактичную обратную связь, которая может улучшить опыт VR Gaming, позволяя игрокам чувствовать текстуры, воздействие и другие физические ощущения.
Когда тонкая полимерная пленка интегрирована в промышленную перчатку, она может реагировать на то, как движутся рука и пальцы оператора, что позволяет компьютеру «понимать» конкретные движения рук и жесты. Направленная на верхнюю часть экрана с плоским стеклянным дисплеем, пленка может создать переходное ощущение тактильной кнопки, переключения или ползунка под пальцем пользователя.
Легкие громкоговорители, которые используют гораздо меньшую энергию, чем их обычные аналоги, новые сигнальные генераторы и текстиль для шумоподавления, являются лишь некоторыми из других прототипов, разработанных исследователями в области интеллектуальных материалов в Университете Саарланд и Центром технологии мехатроники и автоматизации в Саарбрюккене (Zema).
Последние выводы команды опубликованы в журнале МатериалыПолем
Но как они воплощают эти фильмы в жизнь?
«Каждая сторона фильма покрыта электрически проводящим слоем», — объясняет Моцки, профессор интеллектуальных материалов для инновационного производства в Университете Саарланд и научный директор/генеральный директор Zema. Когда исследователи применяют электрическое напряжение на полимерную пленку, эти электрически проводящие слои притягивают друг друга, сжимая полимер и вызывая его расширение вбок, тем самым увеличивая площадь поверхности.
«Изменяя приложенное электрическое поле, мы можем управлять движением пленки, по сути, создавая легкий, но высокоэффективный привод», — говорит Моцки. Исследователи могут точно контролировать движение этих покрытых пленок, известных как диэлектрические эластомеры (DE), и могут заставить их выполнять медленные или быстрое изгибающие движения или вибрировать на желаемой частоте. В качестве альтернативы, они могут заставить пленку удерживать фиксированное стационарное положение, не требуя непрерывного снабжения электрической энергией.
Используя эти электроактивные полимерные пленки, исследовательская группа разрабатывает новые системы приводов (приводы), которые можно контролировать без необходимости дополнительных датчиков.
«Точное значение электрической емкости может быть назначено каждой деформации или изменению положения пленки. Данные емкость могут показать нам, как пленка деформируется, например, когда он поглаживается или поглощается пальцем. Эти диэлектрические эластомерные фильмы самоокупают и способны действовать в качестве собственных датчиков положения»,-объясняет Motzki.
Данные измерения также используются для обучения моделей искусственного интеллекта, которые позволяют исследователям программировать движение пленки так, чтобы она сгибалась, имеет желаемую форму или колеблется на некоторой необходимой частоте.
Команда в Saarbrücken в настоящее время выводит эти приводы DE на новый уровень и открывает целый ряд новых приложений. Новое поколение пленок можно контролировать еще точнее и вибрировать на еще более высоких частотах. Одна из целей команды — заставить эти гибкие фильмы колебаться на ультразвуковых частотах.
Новый проект, трансфиль (транзисторные структуры на основе гибких диэлектрических эластомерных систем), также направлен на разрыв новой почвы путем разработки эластомерных схем для высоковольтных применений.
Печатные платы (печатные платы) можно найти внутри большинства электрических устройств. Технология, управляющая этими устройствами — будь то микшер или смартфон — обычно можно найти припаянный на плоских жестких печатных платах. Исследовательская группа в Saarbrücken стремится разработать легкие, гибкие печатные платы, которые в будущем могут использоваться в качестве недорогих гибких альтернативы обычным ПХБ. Гибкие схемы, разрабатываемые в Саарбрюккене, также будут поставляться с интегрированными миниатюрными, самоподъемными приводами.
Проект Transdes — это сотрудничество между командой Моцки в Zema и командой профессора Джона Хеппе в HTW Saar (Университет прикладных наук). Технология, разработанная в Саарланде, является уникальной во всем мире и включает в себя создание эластомерных пленок с новыми электродными слоями.
До сих пор электрически проводящие слои производились путем нанесения порошкообразного аморфного углерода (углеродного черного) в верхнюю и нижнюю часть полимерной пленки, используя процесс экранной печати. Тем не менее, электрическое сопротивление черного слоя углерода составляет около 10000 Ом, что слишком высока, если пленка вибрирует в ультразвуковом диапазоне частот.
Исследовательские группы Saarbrücken используют тонкие силиконовые пленки для разработки недорогих, энергоэффективных транзисторов. Их цель-создать гибкие схемы на основе эластомеров для высоковольтных приложений. Инженер -исследователь Марио Церино (Photo) работает над разработкой этих новых транзисторных структур. Кредит: Оливер Дитц
Заменив углеродный черный слой на ультратонкое металлическое покрытие с более высокой проводимостью, исследователи стремятся создать привод DE, который можно включать и выключаться с сверхбыстрой.
«Это позволит нам получить еще лучшее выступление от фильма»,-объясняет докторант Себастьян Гратц-Келли. «Даже на очень высоких частотах мы по -прежнему способны контролировать всю поверхность пленки, а не только ее части. Но новое покрытие из ультратинового металла также означает, что привод пленки более энергоэффективен, а потери мощности ниже, отчасти из -за снижения контактной сопротивления между кабелем и пленкой. И мы используем специальную технику лазера, которая позволяет нам достичь более меньшего размера структуры в пределах покрытия».
«Ранее, когда мы использовали трафаретную печать, расстояние между электродами составляло около одного сантиметра. Теперь расстояние между электродами составляет всего несколько микрометров. И это то, что позволяет нам разрабатывать эластомерные гибкие цепи», — добавляет профессор Моцки.
Задача заключается в том, что весь фильм должен подвергаться значительному растяжению, но деформации пленки препятствуют новое металлическое покрытие. Здесь вступает команда Хеппе. Хеппе, профессор физических сенсорных технологий и мехатроники в HTW Saar, также возглавляет исследовательскую группу в Zema. Два университета работают вместе, чтобы перевести свои результаты в практические промышленные и коммерческие решения.
Чтобы сбалансировать свойства проводящего слоя с твердым металлом с гибким полимерным субстратом, команда Heppe использует специальный процесс для отложения металлического слоя на эластомер.
«Мы используем методику осаждения материала, известную как распыление. Проводящий слой, который мы откладываем на поверхность эластомера, составляет всего десять нанометров толщиной, более чем в тысячу раз тоньше человеческих волос», — говорит Марио Церино, ученый -исследователь Джона Хеппе.
Хитрость, которую использует команда, состоит в том, чтобы растянуть эластомер до того, как они отложили ультратонкий металлический слой. Любой, кто когда -либо застрял клейкую ленту на раздутый воздушный шар, узнает о эффекте. Когда вы выпускаете воздух из воздушного шара, полоска ленты морщин. То же самое с эластомерным фильмом. Когда эластомер расслабляется, металлический слой сжимается, образуя морщины.
«Когда мы делаем это, мы достигаем сопротивления от 50 до 100 Ом на площади квадратного сантиметра, что значительно ниже, чем раньше», — говорит Церино.
Исследователи в настоящее время используют пленки с покрытием металла для разработки энергоэффективных и экономически эффективных транзисторов на основе кремния. Транзисторы-это электронные компоненты, которые можно использовать для переключения электрических напряжений и сигналов включенными и выключенными или для их усиления, но в этом случае команда хочет разработать пленку на основе транзисторов для переключения высоких напряжений.
«Понижая электрическую сопротивление, мы можем получить больше тока для течения-просто как кухонный кран, пропускает больше воды, чем больше открывается крана. Это позволяет нам достичь высоковольтного переключения с чрезвычайно коротким временем цикла, которые можно использовать для управления клапанами, насосами или громкоговорителями»,-объясняет Cerino.
«Мы используем довольно особое свойство этих систем», — объясняет профессор Хеппе.
«Если пленка с металлическим покрытием растянута больше, чем во время распыления, в слое электродов появятся трещины, что приводит к значительному увеличению электрического сопротивления. Поэтому, если мы растягиваем пленку, появляются трещины. Если мы позволим пленке расслабиться, трещины снова закроются, а морщинный конструкция возвращается. Это позволяет нам переключаться с очень низких сопротивлений к очень высоким сопротивлениям, сравниваемые с использованием выключателя, которые выключают,-это выключает, что он выключает, что он выключает, что он выключает.
Исследовательская группа продемонстрирует технологию на Hannover Messe в этом году, где они будут демонстрировать новый сенсорный элемент с пленкой с металлическим покрытием на текстильном браслете. Эта носимая сенсорная панель-чувствительная к сенсорной поверхность ткани, которая может распознавать формы, которые нарисованы на ней. Когда кто -то пролистывает пальцем по этому умному текстилю, давление и направление движения записываются. Интегрированные алгоритмы расширенного машинного обучения затем позволяют системе распознавать нарисованные буквы или шаблоны.
Эксперты по интеллектуальным материальным системам, основанные на Саарбрюккене, также будут демонстрировать другие инновационные разработки, которые используют эти самопоглощающие диэлектрические эластомеры, такие как умные текстиль и приводы, которые предоставляют тактискую обратную связь, энергоэффективные клапаны и насосы, а также высокопроизводительные актуторы.
Больше информации:
Sebastian Gratz-Kelly и др., Многофункциональная массива датчиков для взаимодействия с пользователем на основе диэлектрических эластомеров с разбросанными металлическими электродами, Материалы (2024). Два: 10.3390/ma17235993
Предоставлено Университетом Саарланда
Цитирование: Умный текстиль и поверхности: как легкие эластомерные фильмы оживляют технологии в жизнь (2025, 27 марта), полученные 27 марта 2025 года из этого документа, подвержены авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
