Gydag integreiddio dwfn a datblygiad technolegau deallusrwydd artiffisial a Rhyngrwyd Pethau (IoT), mae synwyryddion straen hyblyg y gellir eu hymestyn wedi denu sylw eang oherwydd eu cymwysiadau posibl mewn canfod symudiadau dynol, diagnosteg feddygol, rhyngweithio cyfrifiadurol dynol, a chroen electronig. Mae synwyryddion straen yn gweithredu trwy drosi ysgogiadau mecanyddol yn signalau trydanol-megis gwrthiant neu gynhwysedd-trwy fecanweithiau synhwyro amrywiol. Ymhlith y rhain, mae mesuryddion straen gwrthiannol wedi dod yn fan cychwyn ymchwil oherwydd eu sensitifrwydd uchel, cost isel, strwythur syml, a rhwyddineb darllen.
Ar hyn o bryd, mae un o'r strategaethau cyffredin ar gyfer gwneud synwyryddion straen hyblyg perfformiad uchel yn ymwneud â chyflwyno microstrwythurau mân megis micropyramidau, plygiadau a microgolofnau ar wyneb y swbstrad elastig i gyflawni sensitifrwydd uwch a chyfyngiadau canfod is. Fodd bynnag, mae dulliau gwneuthuriad microstrwythur traddodiadol megis mowldio, ffotolithograffeg, a hunan-cynulliad-yn aml yn cynnwys prosesau feichus, llafurus, a chostus, gan gyfyngu ar y gwneuthuriad cyflym a'r defnydd o synwyryddion ar raddfa fawr. Mewn cyferbyniad, mae technoleg prosesu laser yn cynnig dull newydd o weithgynhyrchu dyfeisiau electronig hyblyg oherwydd ei fanteision o gyflymder uchel, effeithlonrwydd uchel, gweithredu heb fasg, cost isel, a hyblygrwydd uchel. Serch hynny, mae dibynnu'n llwyr ar strategaethau prosesu laser i gyflawni synwyryddion straen sydd ar yr un pryd â sensitifrwydd uchel, gallu ymestynnol uchel, llinoledd uchel, ymateb cyflym, hysteresis isel, a sefydlogrwydd hirdymor yn parhau i fod yn her sylweddol. Mae sut i gyflawni optimeiddio synergaidd y priodweddau hyn o dan amodau gwneuthuriad cost isel, syml yn parhau i fod yn her graidd mewn ymchwil gyfredol.
Mae'r tîm dan arweiniad Xie Xiaozhu o'r Ysgol Peirianneg Fecanyddol a Thrydanol ym Mhrifysgol Technoleg Guangdong wedi cynnig dull syml, cost-effeithiol ac effeithlon o ddatblygu synhwyrydd straen gyda sensitifrwydd uchel, gallu ymestyn, a sefydlogrwydd da. Trwy gyfuno technoleg ysgrifennu uniongyrchol laser ag argraffu 3D, maent wedi creu synhwyrydd straen hyblyg P-PDMS yn llwyddiannus.
Datblygodd yr astudiaeth hon strategaeth gweithgynhyrchu cost isel a graddadwy sy'n cyfuno ysgrifennu laser uniongyrchol a thechnoleg argraffu 3D i baratoi amrywiaeth o synwyryddion straen hyblyg PDMS (P-PDMS) patrymog. Fe wnaethom optimeiddio paramedrau gweithgynhyrchu megis prosesu laser ac argraffu 3D i baratoi synwyryddion gyda'r sensitifrwydd uchaf dros ystod straen eang. O dan baramedrau proses amlder sganio 100kHz, egni pwls 1.46μJ, cyflymder sganio 5mm/s a chyflymder argraffu 2.5mm/s, mae'r synhwyrydd parod gyda microstrwythur cyfansawdd yn arddangos sensitifrwydd llinol iawn. Yn nodedig, mae sensitifrwydd y synhwyrydd straen hyblyg microstrwythur cyfansawdd (PCM) 159% yn uwch na'r synhwyrydd microstrwythur sengl patrymog (PSLM) a 339% yn uwch na'r synhwyrydd di-batrwm. O ran ymateb deinamig, mae gan y synhwyrydd amser ymateb o 140ms (o'i gymharu â 362ms ar gyfer y synhwyrydd di-batrwm a 244ms ar gyfer y synhwyrydd microstrwythur sengl), gyda chyfernod hysteresis mor isel â 0.023 a sefydlogrwydd beicio rhagorol. Yn ogystal, mae'n dangos ymateb tymheredd sefydlog a therfyn canfod isel iawn o 0.0125%. Felly, gellir defnyddio ein synwyryddion straen i ganfod amrywiaeth o symudiadau dynol, gan gynnwys symudiadau bysedd, arddyrnau, pengliniau a phenelinoedd. Mae gan y dull ysgrifennu uniongyrchol laser hefyd fanteision symlrwydd, effeithlonrwydd a chost isel, ac mae'n dangos potensial mawr ym maes dyfeisiau electronig gwisgadwy.
