Pas cher, Pression

Sep 09, 2023

Dans une série de démonstrations (publiées dans Nature Materials), des scientifiques du Laboratoire des systèmes biomimétiques multi-échelles de l'Université nationale de Séoul ont présenté une membrane de détection de pression suffisamment sensible pour ressentir la chute de gouttelettes d'eau, un pouls humain dans le poignet et même le pas léger d'une coccinelle marchant sur la "peau électronique".

L'appareil comporte deux feuilles d'acrylate de polyuréthane. Les feuilles, qui peuvent mesurer jusqu'à 9 sur 13 centimètres, sont moulées sur des réseaux denses de minuscules poils polymères, chacun mesurant 100 nanomètres de diamètre et 1000 nm de hauteur. Chacun des cheveux est recouvert d'une couche de platine de 20 nm et collé à une membrane basale (polydiméthylsiloxane traité pour améliorer la conductivité).

Les deux feuilles ciliées sont alors accouplées, face à face, comme deux morceaux de velcro. Les fibres de la couche supérieure s'entremêlent avec celles de la couche inférieure. Mais au lieu d'une reliure mécanique auto-agrippante, les feuilles sont maintenues ensemble fortement (mais de manière réversible) par l'attraction de Van der Waals. Le sandwich de nanofibres conduit le courant entre les couches et la résistance change à mesure que la surface de contact totale entre les poils de maillage varie. Un contact, une poussée ou une torsion de la membrane basale fait frotter et plier les nanocheveux maillés, et le courant changeant montre ce qui se passe. En effet, étant donné que la pression orthogonale, le cisaillement latéral et la torsion produisent des courbes de réponse différentes, l'appareil peut faire la différence entre une poussée, un frottement et une torsion.

Les facteurs de jauge du système - le changement de résistance dû aux changements de déformation - étaient d'environ 11,5 pour la pression directe, 0,75 pour le cisaillement et 8,53 en réponse à la torsion. En comparaison, les capteurs de pression directe basés sur un film de graphène ont un facteur de jauge d'environ 6,1, et pour les capteurs à feuille métallique conventionnels, le facteur est d'environ 2,0. (Notez que ces autres capteurs captent la contrainte dans une seule direction. Pour qu'ils puissent détecter la pression, le cisaillement et la torsion, ils doivent être spécialement fabriqués avec des capteurs séparés pour chaque direction de contrainte.)

En résumé, selon les chercheurs, le "mécanisme de nano-interverrouillage ne nécessite aucun assemblage complexe de nanomatériaux intégrés ni de réseaux en couches, permettant ainsi une plate-forme de détection simple, bon marché mais robuste pour des capteurs à jauge de contrainte hautes performances et de grande surface".

Photo : Changhyun Pang / Université nationale de Séoul