16/07/2024
Door Ad Spijkers
Nieuwe multifunctionele sensoren leggen de basis voor de transformatie op veel terreinen, van haptische apparaten tot de gezondheidszorg.
Onderzoekers van de Ben-Gurion University of the Negev in Beer-Sheva hebben multifunctionele materiaalsensoren ontwikkeld die de complexe mogelijkheden van natuurlijke systemen nabootsen. Ze vormen een flinke stap in het ontwikkelen van fysieke kunstmatige intelligentie (AI).
Digitale AI richt zich op reken- en dataprocessen. Physical AI (PAI) daarentegen combineert fysieke structuren met berekeningsintelligentie om levensechte, autonome zachte robots te creëren die dynamische kunnen interacteren met hun omgeving. Multifunctionaliteit is een kernkenmerk van PAI, vergelijkbaar met de veelzijdige rollen van verschillende natuurlijke organen en componenten.
Zachte sensoren
Traditionele benaderingen voor het creëren van synthetische multifunctionele apparaten hebben vaak geresulteerd in onvolledige reeksen kenmerken, waardoor echte bio-analoge prestaties ongrijpbaar zijn. De ontwikkeling van materialen die op verschillende stimuli kunnen reageren, de precieze additieve productie ervan en het vermogen om signalen via verschillende interne mechanismen te verwerken, zijn cruciaal om dit doel te bereiken.
Het onderzoeksteam heeft 3D-printbare composietmaterialen met hoge gemengde ionische elektronische geleidbaarheid (ISMC's) ontwikkeld die bio-analoge multifunctionaliteit vertonen. De ISMC's kunnen ladingen overbrengen via zowel ionen als elektronen, waardoor ze verschillende signalen tegelijkertijd kunnen verwerken. De materialen zijn gemaakt van hooggeleidende ionogels en enkelwandige koolstofnanobuisjes. Ze kunnen nauwkeurig in 3D worden geprint tot complexe vormen, waardoor ze geschikt zijn voor het creëren van veelzijdige, zachte multifunctionele apparaten.
ISMC's
Om een hoge ionische en elektronische geleidbaarheid te bereiken, gebruikten de onderzoekers op imidazolium gebaseerde ionische vloeistoffen in een fotopolymeermatrix. De resulterende ISMC's werden uitgevoerd als multifunctionele micropiramide druk-temperatuursensoren met een hoge gevoeligheid over een breed temperatuur- en drukbereik.
Dankzij de chemische samenstelling en het foto-rheologisch gedrag van de ISMC's kunnen de onderzoekers multifunctionele sensoren van vrijwel elke vorm nauwkeurig 3D-printen. Dergelijke sensoren kunnen zowel onder AC als DC werken, en hun vermogen om nauwkeurige, verschillende reacties op meerdere stimuli te geven, maakt ze veelzijdig. De sensoren zorgen ervoor dat slimme systemen op complexere en genuanceerdere manieren met hun omgeving kunnen communiceren.
Toepassingen
De bio-analoge sensoren hebben potentiële toepassingen op gebieden die nauwkeurige en multifunctionele detectiemogelijkheden vereisen. De mogelijkheden zijn uitgebreid; ze variëren van robotica, waar ze kunnen bijdragen aan meer levensechte en responsieve interacties, tot de gezondheidszorg, waar ze kunnen worden gebruikt in geavanceerde diagnostische hulpmiddelen. De op ISMC gebaseerde nauwkeurig 3D-printbare multifunctionele sensoren kunnen de manier waarop sensorische toepassingen op verschillende gebieden worden benaderd aanzienlijk verbeteren.
De onderzoekers willen de sensoren verder verfijnen, aanvullende functionaliteiten onderzoeken en hun prestaties voor een breder scala aan toepassingen te verbeteren. Toekomstige ontwikkelingen omvatten het creëren van 3D-printbare kunstmatige huiden en het toevoegen van bedieningsmogelijkheden om lichamelijk intelligente zachte systemen te ontwikkelen. Deze zullen geschikt zijn voor zachte robotica, haptische apparaten, gezondheidszorg en nog veel meer. De onderzoekers streven er ook naar om op leren gebaseerde methoden te integreren om deze sensomotorische systemen te controleren, in de richting van zachte robotachtige autonomie.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Ill.: Sergey Nechausov en Aslan Miriyev, Ben-Gurion University