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Pequeno pop-up sensores de pressão podem ter grandes squishing

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Miniatura eletrônica com base na arte Japonesa de kirigami são ideais para sensoriamento de pressão, relatório dos investigadores.

Miniatura de dispositivos, especialmente aqueles que inchar a partir de superfícies em 2D como o pop-up de cartões de felicitações, perfeitamente ter encontrado o seu caminho para a pressão de detecção e de colheita de energia de tecnologias, pois é possível com freqüência esticar, comprimir, ou torcê-los.

Apesar de sua força-de rolamento de habilidades, ainda não está claro se o estresse físico repetitivo pode danificar o funcionamento destes dispositivos miniatura, particularmente se já existe um defeito na sua construção.

Usando minúsculos pressão de detecção de estruturas em forma de tabelas, Texas A&M University, os pesquisadores descobriram que as repetidas empurra as tabelas superfície plana não causa as estruturas a desmoronar, mesmo quando as forças de compressão são extremas. Em vez disso, esses pequenos dispositivos, incluindo aqueles com ligeiros defeitos, eram resistentes, continuando a permanecer funcional dobrando suas pernas em proporção à força aplicada.

Os pesquisadores dizem que suas descobertas têm implicações diretas sobre a longevidade das tecnologias que incorporam dispositivos miniatura, como soft wearable eletrônica, elástico de células solares e de pressão, detecção de meias.

Um corte no papel permite que um pop up 3D de forma
Em miniatura, pop-up eletrônica com base na antiga arte Japonesa de kirigami são ideais para sensoriamento de pressão devido a sua capacidade de ser repetidamente comprimido. (Crédito: Dharmesh Patel/Texas A&M)

Miniatura de dispositivos, como sensores de pressão, precisa fielmente transmitir a força e a uma mudança nas compressões. Para muitas aplicações, os sensores precisam ser muito pequena para capturar as alterações na pressão suficientemente alta resolução. Miniatura de dispositivos baseados em papel Japonês-corte e dobragem técnica do kirigami oferecem uma excelente solução.

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Empréstimo de princípios de kirigami, um design em miniatura do dispositivo é o primeiro a ser gravado em uma superfície 2D. Em seguida, um dentro empurre a partir da concepção de limite faz com que a estrutura de pop-up. Outras vezes, o 2D impressão é esticados ou torcidos para revelar uma mais intrincados desenhos em 3D. Independentemente do uso final, kirigami dispositivos baseados deve enfrentar contínua distorções na sua forma, um fenômeno engenheiros consulte como a deformação.

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“Parte do apelo do uso de kirigami estruturas é que eles podem ser repetidamente deformado por longos períodos de tempo”, diz Andreas A. Polycarpou, professor e chefe de departamento do departamento de engenharia mecânica. “Mas qualquer tipo de imperfeição em que essas estruturas podem afetar o seu desempenho final, que é, a sua capacidade de ser continuamente deformada.”

Para investigar como os defeitos podem influenciar a função de kirigami dispositivos, os pesquisadores projetaram um conjunto de experimentos usando minúsculos sensores de pressão. Consiste de uma superfície plana apoiada por quatro pernas, estas estruturas fivela sob a pressão aplicada a partir de cima.

Para o seu estudo, os pesquisadores repetidamente pressionado para baixo sobre a mesa-estruturas usando um diamante televisão soco sonda. Sua amostra foi constituída por estruturas com ligeiros defeitos, tais como uma pequena rachadura em uma das quatro pernas, ou um pouco mais fino do que a perna.

Para testar o desempenho dessas estruturas ao longo do tempo, eles gravaram como essas estruturas se comportou em repetidas compressões usando um microscópio eletrônico e mediu a distância as pernas dobradas.

Os pesquisadores descobriram que, para ambos sem defeito e com defeito kirigami estruturas, a compactação causada estruturas para “endurecer” ou resistir a força descendente. Ao longo do tempo, no entanto, mesmo quando as forças de compressão foram de extrema, as estruturas alcançado um estado estacionário, e foram capazes de recuperar os repetidos golpes do diamante soco.

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Os pesquisadores dizem que os resultados de suas cíclico de compressão de experimentos sugerem que os sistemas com um conjunto de kirigami dispositivos pode permanecer funcional por um longo período de tempo, mesmo se alguns dos dispositivos dentro deles tem defeitos.

“Para a maioria das aplicações, incluindo sensores de pressão, não um, mas vários dispositivos miniatura trabalhando em conjunto. Intuitivamente, seria de pensar que pequenos defeitos em qualquer um dos kirigami estruturas seria catastrófico para um sistema feito com muitos de tais estruturas,” Polycarpou, diz.

“Agora temos evidência para mostrar que eles não têm. Assim, se um estiver usando o smart meias para medir o grau de pressão é distribuída durante a marcha, os nossos resultados sugerem que a miniatura de sensores de pressão continuará a funcionar muito bem, mesmo se eles são um pouco defeituoso”.

A pesquisa aparece na revista Extrema Mecânica Letras. Outros pesquisadores são da Texas A&M, Bruker Nano Superfícies, a Universidade de Northwestern, e de Nanjing, Universidade de Aeronáutica e Astronáutica.

O Hagler Instituto de Estudos Avançados na Universidade Texas A&M financiou o estudo.

Fonte: Texas A&M University

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