I fisici hanno creato il sensore di deformazione più sensibile mai realizzato, in grado di rilevare il tocco di una piuma.

Il sensore, sviluppato dal Materials Physics Group dell'Università del Sussex, può allungare fino a 80 volte più sollecitazioni rispetto agli estensimetri attualmente sul mercato e mostrare variazioni di resistenza 100 volte superiori ai materiali più sensibili nella ricerca e sviluppo.

Il team di ricerca ritiene che i sensori potrebbero portare nuovi livelli di sensibilità alla tecnologia indossabile che misura i segni vitali dei pazienti e ai sistemi di monitoraggio dell'integrità strutturale di edifici e ponti.

Marco O'Mara, dalla Scuola di Scienze Matematiche e Fisiche dell'Università del Sussex, ha dichiarato:""La prossima ondata di tecnologia di rilevamento della deformazione utilizza materiali elastici come la gomma imbevuta di materiali conduttivi come il grafene o le nanoparticelle d'argento, ed è in sviluppo da oltre un decennio.

"Riteniamo che questi sensori siano un grande passo avanti. Rispetto ai sensori di deformazione lineari e non lineari a cui si fa riferimento nella letteratura scientifica, i nostri sensori mostrano il più grande cambiamento assoluto di resistenza mai riportato."

Alan Dalton, Professore di Fisica Sperimentale presso l'Università del Sussex, ha dichiarato:"Questa tecnologia promettente può rivelarsi particolarmente utile in campi consolidati come la sanità, monitoraggio delle prestazioni sportive e campi in rapida crescita come la robotica morbida.

"La nostra ricerca si è sviluppata a buon mercato, dispositivi di monitoraggio della salute scalabili che possono essere calibrati per misurare qualsiasi cosa, dal movimento articolare umano al monitoraggio dei segni vitali. È possibile utilizzare più dispositivi sul corpo di un paziente, connessi in modalità wireless e comunicanti tra loro per fornire un live, diagnostica sanitaria mobile a una frazione del costo attuale."

La nuova carta, pubblicato sulla rivista Materiali funzionali avanzati , dettaglia il processo per incorporare grandi quantità di nanofogli di grafene in una matrice PDMS in un formato strutturato, modo controllabile che si traduce in eccellenti proprietà elettromeccaniche.

Gli autori affermano che il metodo ha il potenziale per essere esteso a un'ampia gamma di materiali stratificati bidimensionali e matrici polimeriche. I sensori forniscono una conduttività notevolmente migliorata a tutti i livelli di carico misurati senza alcuna soglia di percolazione apparente.

I dispositivi di misurazione commerciale soffrono di una sensibilità e di un intervallo di deformazione relativamente bassi, con fattori di misura compresi tra 2-5 e deformazioni massime del 5% o meno, con conseguente aumento della resistenza di meno del 25% e prevenzione del rilevamento di sollecitazioni elevate necessario per il monitoraggio del movimento corporeo.

I nuovi sensori sono in grado di rilevare sollecitazioni inferiori allo 0,1%, a causa del loro fattore di gauge più elevato di ~20, e fino all'80% di deformazione, dove la risposta esponenziale porta alla variazione della resistenza di un fattore superiore a un milione.

Ciò consente sia il rilevamento ad alta sensibilità a basso sforzo per il monitoraggio del polso sia la misurazione ad alto sforzo del movimento del torace e della flessione articolare come risultato del cambiamento di resistenza record.

Dottor Sean Ogilvie, Assegnista di ricerca in Fisica dei Materiali presso l'Università del Sussex, ha dichiarato:"Sensori di deformazione commerciali, tipicamente basato su misuratori di lamina metallica, favorire la precisione e l'affidabilità rispetto alla sensibilità e all'intervallo di deformazione. I nanocompositi sono candidati interessanti per i sensori di deformazione di prossima generazione grazie alla loro elasticità, ma l'adozione diffusa da parte dell'industria è stata ostacolata da effetti non lineari come l'isteresi e lo scorrimento a causa della natura liquida dei polimeri su scala nanometrica che rende precisi, letture di deformazione ripetibili una sfida continua.

"I nostri sensori si stabilizzano in un ripetuto, modello prevedibile, il che significa che possiamo ancora estrarre una lettura accurata della deformazione nonostante questi effetti".

Il lavoro è stato reso possibile con il supporto della società statunitense di gomma Alliance.

Jason Risner, V.P. di vendite e marketing presso Alliance, ha dichiarato:"Alliance ha una lunga storia di innovazione ed è fondamentale per noi svolgere un ruolo attivo nella tecnologia della gomma all'avanguardia che utilizza un nanomateriale dirompente come il grafene. È fondamentale collaborare con leader scientifici come il professor Alan Dalton presso l'Università del Sussex.

"Siamo entusiasti di vedere i prodotti che potrebbero potenzialmente scaturire dalla nostra partnership. Il grafene è un materiale sorprendente che può rivoluzionare le nostre vite. La nostra azienda è orgogliosa di essere all'avanguardia in qualcosa di così nuovo".