Stampa 3D e inchiostri conduttori: i nuovi soft sensors indossabili
Soft sensors: completamente flessibile e adattabili alla superficie del corpo umano https://wyss.harvard.edu
Precisione della stampa 3D e inchiostri conduttori per realizzare soft sensors flessibili e indossabili, sempre più low cost: una collaborazione tra i laboratori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University, del School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e del US Air Force Research Laboratory ha portato alla realizzazione di una nuova tecnica nella creazione di dispositivi ibridi, un vero e proprio connubio di inchiostri conduttivi, componenti elettronici e materiali flessibili.
Lo studio, pubblicato sul Advanced Materials, nasce dall’esigenza di adattare i sensori ai movimenti del corpo, specie in prossimità delle articolazioni, alleviandone il fastidio: per poter raggiungere l’obiettivo, il comportamento dei dispositivi deve essere molto simile a quello umano.
Soft sensors e stampa 3D
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“Con questa tecnica possiamo stampare sensori e inserire i componenti elettronici direttamente nel materiale, insieme alle connessioni conduttive che servono per completare il circuito, necessarie per “leggere” i segnali acquisiti” afferma il leader dello studio Alex Valentine, Staff Engineer al Wyss Institute.
Il materiale dell’inchiostro è costituito da poliuretano termoplastico (TPU), mescolato insieme a “scaglie” d’argento: entrambi, sia il TPU puro che fuso con l’argento vengono stampati, costituendo, rispettivamente, il materiale morbo e flessibile di base e i conduttori elettrici. “Siccome la stampa avviene strato su strato, la presenza di TPU in entrambi i componenti aiuta l’aderenza prima dell’essiccazione: quando i solventi evaporano, il prodotto finale è un blocco solido ma flessibile al tempo stesso” continua Alex.
Durante la fase di stampa, le scaglie di argento si allineano, layer-by-layer (strato per strato), in una disposizione che favorisce la conduzione.
I soft sensors, che modificano la loro capacità conduttiva quando sottoposti a flessione o stiramento, integrano al loro interno sia un micro controllore che un dispositivo di lettura, per permettere l’interpretazione e la traduzione delle informazioni. I due dispositivi vengono inseriti nel sensore grazie ad un processo digitalizzato, definito “pick-and-place”, che applica un vuoto grazie ad un ugello di stampa, studiato per poter aggiungere con estrema precisione i componenti elettronici.
La vera innovazione conseguente dallo studio è la tecnica con cui i componenti elettronici (rigidi) vengono adattati alla superficie flessibile, pur mantenendo la loro funzione in caso di allungamento (fino al 30%): “semplicemente” sfruttando la caratteristica adesiva del TPU e disponendone gocce sotto ogni componente prima dell’essiccazione, assicurando così il loro ancoraggio alla matrice sottostante e conservando la loro capacità conduttiva.
“Siamo convinti che questo sia un enorme passo avanti per la realizzazione di dispositivi indossabili, sempre più low cost, ma non perdendone la resistenza” afferma Jennifer Lewis, Sc.D. del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard University.
“Questo risultato è solo un esempio della collaborazione tra diversi laboratori, aspetto che contraddistingue il Wyss Institute da molte altre realtà. Combinando l’estrema precisone fisica della stampa 3D insieme alla programmazione digitale dei componenti elettronici, stiamo letteralmente costruendo un nuovo futuro” aggiunge Don Ingber, M.D, PhD, professore alla Harvard Medical School e al SEAS.