Les autocollants « force » passifs redéfinissent les mesures précises - Salon IOTE sur l'Internet des objets

Mesurer la force exercée entre des objets est un processus complexe Même si cela semble simple, ce n'est pas facile en pratique. Deux objets en contact exerceront une certaine force l'un sur l'autre, qui peut être due à la gravité ou à un contact mécanique, comme le poids de l'objet sur la plate-forme ou le contact de deux os au niveau de l'articulation du genou humain.

Afin de mesurer cette force de manière plus efficace et plus pratique, une équipe de recherche de l'Université de Californie à San Diego a développé un « autocollant » électronique pour aider à mesurer ces phénomènes.

Ces autocollants électriques sont sans fil, ne nécessitent aucune pile et peuvent s'adapter à de petits espaces, ce qui les rend adaptés à une variété d'applications dans une variété d'industries. Selon les ingénieurs, le dispositif pourrait être utilisé dans les implants du genou pour mesurer quantitativement la pression exercée par l'implant sur l'articulation. La surveillance des modifications de ces forces est essentielle pour évaluer l’ajustement et l’usure des implants.

Dinesh Bharadia, professeur à la San Diego School of Engineering de l'Université de Californie, a déclaré dans un communiqué de l'école : « Les êtres humains naissent avec une capacité inhérente à ressentir la force. Cela nous donne la capacité d'interagir de manière transparente avec notre environnement. et permet également aux cliniciens d'effectuer des interventions chirurgicales délicates. Intégrer cette capacité à détecter les forces dans les appareils électroniques et les implants médicaux pourrait révolutionner de nombreux secteurs.

Ces autocollants puissants se composent de deux parties principales. Le premier est un petit condensateur de quelques millimètres d’épaisseur et de la taille d’un grain de riz. Un autre composant est un autocollant d'identification par radiofréquence (RFID), qui ressemble à un code-barres et peut être lu sans fil via des ondes radio. Les chercheurs ont utilisé une méthode innovante pour relier les deux composants, qui mesurent la force exercée sur l'objet et transmettent cette information sans fil à un lecteur RFID.

Un condensateur est formé en plaçant une fine feuille de polymère souple entre ses deux bandes de cuivre conductrices. Lorsqu'une force externe agit sur le polymère, celui-ci se comprime, provoquant le rapprochement des bandes de cuivre, augmentant ainsi la charge à l'intérieur du condensateur.

Les chercheurs soulignent que l'augmentation de la charge due à la force appliquée est importante pour modifier le signal produit par l'étiquette RFID. Un lecteur RFID surveille à distance ces changements et les convertit en valeurs de force correspondantes. Cette méthode de modification des signaux RFID permet de rendre les composants de l'autocollant de force très petits, réduisant ainsi leur taille d'un facteur mille par rapport aux méthodes précédentes utilisées pour modifier les signaux RFID.

Dans le même temps, les autocollants RFID transmettent des signaux radio via un mécanisme appelé rétrodiffusion et consomment très peu d'énergie. Il reçoit le signal radio du lecteur RFID, modifie le signal via le changement de charge provoqué par le condensateur, puis renvoie le signal modifié au lecteur, qui l'interprète et le convertit en valeur numérique de puissance correspondante. Par conséquent, la consommation électrique de cet autocollant électrique est très faible.

Un autre aspect de la conception est que les condensateurs peuvent être personnalisés pour différentes plages de forces. En changeant les couches de polymère souples ou rigides, le condensateur peut être réglé pour surveiller les pressions dans différentes plages.

Dans l'étude, les chercheurs ont créé et testé deux types d'autocollants résistants pour vérifier leur faisabilité. Un autocollant de force dont le condensateur est fabriqué à partir d'un polymère extrêmement souple est utilisé pour surveiller de minuscules forces et convient aux études simulant les articulations du genou. Lorsque l’autocollant de force était placé dans une articulation et que les chercheurs appliquaient une pression, il était capable de détecter avec précision différentes forces. Un deuxième autocollant de force doté d'un condensateur polymère plus rigide a été évalué expérimentalement dans le domaine de l'emballage en entrepôt. Il est scotché au fond de la boîte et permet une évaluation précise du poids des différents objets placés à l'intérieur de la boîte.

Selon l'équipe, lors des tests, ces autocollants puissants ont été très performants. Ils sont capables de résister à l’application d’une force plus de 10 000 fois tout en conservant leur précision. De plus, selon les chercheurs, ils peuvent être produits à un coût très faible, soit moins de 2 dollars par autocollant.

Cependant, cette technologie a aussi ses limites. Les scientifiques soulignent que ces autocollants puissants ne peuvent fonctionner correctement que dans des environnements statiques et ne conviennent pas aux situations très dynamiques.

Agrim Gupta, doctorant en génie électrique et informatique et co-auteur de l'étude, a déclaré : "Si nous pouvons commercialiser cette technologie, il est concevable qu'à l'avenir, ces autocollants puissent être vendus à un prix aussi bas que des pansements

."

Les détails de cette étude ont été publiés dans ACM.

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