Soft-sensing interfaces with multifunctional smart materials

cyvy Research Project

Die Cyber Valley Forschungsgruppe "Locomotion in Biorobotic and Somatic Systems" untersucht die Mechanik der Fortbewegung und die zugrunde liegenden morphologischen Anpassungen, wie sie von der Natur im Laufe der Evolution perfektioniert wurden. Die Forscher wenden ihre Erkenntnisse auf die Entwicklung von lebensechten Robotern sowie auf multi-funktionale Materialien an, die denen in der Natur vorkommenden sehr ähnlich sind. Ihre Forschung ist an der Schnittstelle von Ingenieurwesen und Biologie angesiedelt – ein relativ neues und vielversprechendes Gebiet. 

In ihrem aktuellen Projektantrag geht es Dr. Ardian Jusufi und Hritwick Banerjee darum, einen flexiblen, dehnbaren und biokompatiblen externen Sensor aus multifunktionalen intelligenten Materialien zu entwickeln. Dieser könnte eines Tages im Gesundheitswesen eingesetzt werden – bei Menschen und in der nicht-invasiven Veterinärmedizin. Der Sensor würde wie eine zweite Hautschicht an Gewebe anhaften, so dass er, egal wie sich eine Person oder ein Tier bewegt, an Ort und Stelle bleibt. Der Sensor könnte dann die Gesundheit einer Person erkennen, den Blutdruck und andere biometrische Werte erfassen oder messen, ob eine Person einen unregelmäßigen Herzschlag hat, der möglicherweise auf einen Herzinfarkt hindeutet. 

Mögliche Einsatzgebiete gehen jedoch über ein breites Spektrum an biomedizinischen Anwendungen hinaus: Der weiche und flexible Sensor könnte in intelligente Kleidung, tragbare Elektronik, in weiche Roboter oder zur Verbesserung der Mensch-Maschine Interaktion eingebaut werden. So stellen sich die Forscher beispielsweise vor, dass solche Sensoren in selbstfahrende Autos eingebaut werden könnten. Wenn eine Person den Sensor berührt, während sie im Fahrzeug sitzt, könnte der Sensor einen medizinischen Notfall erkennen und ein Signal an den Autopiloten senden, sofort zum nächsten Krankenhaus zu fahren.

Der Weg zur Entwicklung solcher sogenannter Soft-Interfaces ist sehr steinig. Es liegen viele Herausforderungen vor den Wissenschaftlern. Die grundlegenden Eigenschaften eines solchen Sensors müssten zu dem, was es bereits gibt, stark verbessert werden. Es geht darum, die Flexibilität, Empfindlichkeit, Wiederholgenauigkeit, Linearität, oder Haltbarkeit zu erforschen, um nur einige wenige Kriterien zu nennen. 

Fazit: Die Hauptziele des Forschungsprojektantrags der Wissenschaftler sind 

- Herstellung eines druckempfindlichen taktilen Abtastsystems, das dehnungsunabhängig ist und die Schnittstelle zwischen hochdehnbaren und biokompatiblen leitenden Materialien verbessert, die eine ausgezeichnete Haftung bieten.

- Entwickelung einer Sensorhülse mit einer Multistimulierungsfunktion, die in eine einzige Hybridplattform eingebettet ist, die sich aktiv an den Körper anpassen kann, ohne die Wirksamkeit zu beeinträchtigen

- Erforschung innovativer Anwendungen für innovative Soft-Sensoren in der Automobil- und Unterhaltungsindustrie, einschließlich der Integration mit mobilen Soft-Robotern, rehabilitativen Systemen und möglicherweise kollisionssicherer chirurgischer Robotik.