(Phys.org) – Forskare vid North Carolina State University har använt silver nanotrådar för att utveckla bärbara, multifunktionella sensorer som kan användas inom biomedicinska, militära eller atletiska tillämpningar, inklusive nya proteser, robotsystem och flexibla touchpaneler. Sensorerna kan mäta belastning, tryck, mänsklig beröring och bioelektroniska signaler såsom elektrokardiogram.

"Tekniken är baserad på antingen fysisk deformation eller "kantade" elektriska fältförändringar. Den senare är mycket lik mekanismen som används i smartphones pekskärmar, men de sensorer vi har utvecklat är töjbara och kan monteras på en mängd olika krökta ytor som mänsklig hud, " säger Shanshan Yao, en Ph.D. student vid NC State och huvudförfattare till en artikel om arbetet.

"Dessa sensorer kan användas för att utveckla proteser som svarar på en användares rörelser och ger feedback när de används, " säger Dr Yong Zhu, en docent i mekanisk och rymdteknik vid NC State och senior författare till uppsatsen. "De kan också användas för att skapa robotik som kan "känna" deras miljö, eller så kan sensorerna integreras i kläder för att spåra rörelse eller övervaka en individs fysiska hälsa."

Forskarna byggde på Zhus tidigare arbete för att skapa mycket ledande och elastiska ledare gjorda av silver nanotrådar. Specifikt, forskarna klämde in ett isolerande material mellan två av de töjbara ledarna. De två lagren har då förmågan – kallad "kapacitans" – att lagra elektriska laddningar. Tryckande, att dra eller röra vid de töjbara ledarna ändrar kapacitansen. Sensorerna fungerar genom att mäta den förändringen i kapacitans.

"Att skapa dessa sensorer är enkelt och billigt, " säger Yao. "Och vi har redan demonstrerat sensorerna i flera prototypapplikationer."

Till exempel, forskarna använde dessa sensorer för att övervaka tummens rörelse, vilket kan vara användbart för att styra robot- eller protesanordningar. Forskarna visade också en applikation för att övervaka knärörelser medan en testperson springer, gå och hoppa.

"Deformationen som är involverad i dessa rörelser är stor, och skulle gå sönder många andra sensorenheter, " säger Zhu. "Men våra sensorer kan sträckas till 150 procent eller mer av sin ursprungliga längd utan att förlora funktionalitet, så att de kan hantera det."

Forskarna utvecklade också en rad sensorer som kan kartlägga tryckfördelningen, vilket är viktigt för användning i robotik och protesapplikationer. Sensorerna uppvisar en snabb svarstid – 40 millisekunder – så belastning och tryck kan övervakas i realtid.