Titulo:
Compuestos poliméricos conductores (CPC). Manufactura y uso de sensores basados en CPC para aplicaciones biomédicas
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Sumario:
Tradicionalmente las mediciones de fuerza en aplicaciones industrialesse han efectuado empleando celdas de carga. Dichos dispositivosemplean galgas extensiométricas instaladas sobre mecanismosmetálicos deformables, motivo por el cual las celdas de carga resultanvoluminosas, pesadas y costosas para ser integradas en aplicacionesbiomédicas que requieren efectuar lecturas de fuerzas de una forma noinvasiva. Como respuesta a esta necesidad han surgido los compuestospoliméricos conductores (CPC), los cuales se construyen mezclandopolímeros aislantes con nanopartículas conductoras. Al ser sometidos aestrés mecánico, la separación promedio interpartícula se reduce y, porende, la resistencia eléctrica del compuesto es modificada siguiendo losmodelo... Ver más
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Compuestos poliméricos conductores (CPC). Manufactura y uso de sensores basados en CPC para aplicaciones biomédicas Silva, P.; Pinto, P.; Postolache, O. & Dias, J. (2013). Tactile Sensors for Robotic Applications. Measurement, 46(3),1257-1271. Dabling, J.; Filatov, A. & Wheeler, J. (2012). Static and cyclic performance evaluation of sensors for human interface pressure measurement. In Proc. Annual International Conference of the IEEE EMBS, San Diego, CA, USA, Aug 28 - Sept 1, pp. 162-165. Dahiya, R.; Metta, G.; Valle, M. & Sandini, G. (2010). Tactile sensing from humans to humanoids. IEEE https://doi.org/10.1109/TRO.2009.2033627 Transactions on Robotics, 26(1),1-20. Hannah, R. & Reed, S. (1992). Strain Gage User's Handbook. Springer. ISBN 978-0-412-53720-2. Interlink Electronics. FSR400 Series Datasheet. http://www.interlinkelectronics.com/datasheets/Datasheet_FSR.pdf Klimiec, E.; Jasiewicz, B.; Piekarski, J.; Zaraska, K., Guzdek, P. & Ko\textbackslashlaszczyński, G. (2017). Measuring of foot plantar pressure-Possible applications in quantitative analysis of human body mobility. Measurement Science and Technology, 28(5), 054008. https://doi.org/10.1088/1361-6501/aa60a9 Koch, M.; Lunde, L.-K.; Ernst, M.; Knardahl, S. & Veiersted, K. B. (2016). Validity and reliability of pressure-measurement insoles for vertical ground reaction force assessment in field situations.Applied Ergonomics, 53, 44-51. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.08.011 Kumaresan, Y.; Ozioko, O. & Dahiya, R. (2021). Multifunctional Electronic Skin with a stack of Temperature and Pressure Sensor Arrays. IEEE Sensors Journal. https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3055458 Liang, J.; Wu, J.; Huang, H.; Xu, W.; Li, B. & Xi, F. (2020). Soft Sensitive Skin for Safety Control of a Nursing Robot Using Proximity and Tactile Sensors. IEEE Sensors Journal, 20(7), 3822-3830. https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2959311 Müller, I.; de Brito, R.; Pereira, C. & Brusamarello, V. (2010). Load Cells in Force Sensing Analysis -Theory and a Novel Application. IEEE Robotics & Automation Magazine, 13(1), 15-9. Paredes-Madrid, L.; Matute, A. & Peña, A. (2017). Framework for a calibration-less operation of force sensing resistors at different temperatures. IEEE Sensors Journal, 17(13),4133-4142. Rizvi, R.; Cochrane, B.; Biddiss, E. & Naguib, H. (2011). Piezoresistance characterization of poly(-dimethyl-siloxane) and poly(ethylene) carbon nanotube composites. Smart Materials and Structures, 20(9), 094003. Saenz-Cogollo, J. F.; Pau, M.; Fraboni, B. & Bonfiglio, A. (2016). Pressure mapping mat for tele-home care applications. Sensors, 16(3). Sanli, A.; Benchirouf, A.; Müller, C. & Kanoun, O. (2017). Piezoresistive performance characterization of strain sensitive multi-walled carbon nanotube-epoxy nanocomposites. Sensors and Actuators A: Physical, 254(Supplement C):61 - 68. Sanli, A.; Müller, C.; Kanoun, O.; Elibol, C. & Wagner, M. F.-X. (2016). Piezoresistive characterization of multi-walled carbon nanotube-epoxy based flexible strain sensitive films by impedance spectroscopy. Composites Science and Technology, 122, 18-26. Simmons, J. (1963). Electrical tunnel effect between dissimilar electrodes separated by a thin insulating https://doi.org/10.1063/1.1729774 film. Journal of Applied Physics, 34(9), 2581-2590. I3+ - 2024 Tekscan Inc. FlexiForce, Standard Force & Load Sensors Model A201. Urban, S.; Ludersdorfer, M. & van der Smagt, P. (2015). Sensor Calibration and Hysteresis Compensation with Heteroscedastic Gaussian Processes. IEEE Sensors Journal, 15(11), 6498-6506. Wang, L.; Ding, T. & Wang, P. (2009). Influence of carbon black concentration on piezoresistivity for carbon-black-filled silicone rubber composite. Carbon, 47(14), 3151-3157. Yin, F.; Ye, D.; Zhu, C.; Qiu, L.; Huang, Y. (2017). Stretchable, highly durable ternary nanocomposite strain sensor for structural health monitoring of flexible aircraft. Sensors, 17(11). Yousef, H.; Boukallel, M. & Althoefer, K. (2011). Tactile sensing for dexterous in-hand manipulation in https://doi.org/10.1016/j.sna.2011.02.038 robotics. A review. Sensors and Actuators A: Physical, 167(2), 171-187. Zhang, X.-W.; Pan, Y.; Zheng, Q. & Yi, X.-S. (2000). Time dependence of piezoresistance for the conductor- https://doi.org/10.1002/1099-0488(20001101)38:21<2739::AID-POLB40>3.0.CO;2-O filled polymer composites. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics, 38(21), 2739. info:eu-repo/semantics/article http://purl.org/coar/resource_type/c_6501 http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1 http://purl.org/redcol/resource_type/ART info:eu-repo/semantics/publishedVersion http://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85 info:eu-repo/semantics/openAccess http://purl.org/coar/access_right/c_abf2 Text Canavese, G.; Stassi, S.; Fallauto, C.; Corbellini, S.; Cauda, V.; Camarchia, V.; Pirola, M. & Pirri, C. F. (2014). Piezoresistive flexible composite for robotic tactile applications. Sens. Actuat. A: Phys., 208, 1-9, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.11.018. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.11.018 https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Español Artículo de revista Tradicionalmente las mediciones de fuerza en aplicaciones industrialesse han efectuado empleando celdas de carga. Dichos dispositivosemplean galgas extensiométricas instaladas sobre mecanismosmetálicos deformables, motivo por el cual las celdas de carga resultanvoluminosas, pesadas y costosas para ser integradas en aplicacionesbiomédicas que requieren efectuar lecturas de fuerzas de una forma noinvasiva. Como respuesta a esta necesidad han surgido los compuestospoliméricos conductores (CPC), los cuales se construyen mezclandopolímeros aislantes con nanopartículas conductoras. Al ser sometidos aestrés mecánico, la separación promedio interpartícula se reduce y, porende, la resistencia eléctrica del compuesto es modificada siguiendo losmodelos de tunelamiento cuántico. En el presente artículo se describeel proceso de manufactura de un sensor de deformación empleandoel polímero polidimetilsiloxano (PDMS) y nanopartículas conductoras.Finalmente, se describen algunas aplicaciones de los CPC en los camposde la instrumentación biomédica y la robótica, entre los que destacanla detección y medición de lesiones en miembros inferiores medianteplantillas plantares y el uso de las pieles robóticas en manipuladoresindustriales para la exploración en entornos no estructurados. Paredes-Madrid, Leonel Cavieles Rojas , Nairo José compuesto polimérico conductor piezorresistencia sensor fuerza deformación 1 Núm. 1 , Año 2024 : Revista I3+ Investigación, Innovación Ingeniería 5 Publication https://revistasdigitales.uniboyaca.edu.co/index.php/reiv3/article/view/1390 application/pdf Universidad de Boyacá I3+ Measuring forces in industrial applications have been usually performed from load cells. Such devices aremanufactured from strain gauges installed on bendable metallic mechanism. From this fact, load cells arebulky, heavy and expensive such to be installed on biomedical applications that require non-invasive forcemeasurements. In an attempt to overcome this limitation, Conductive Polymer Composites (CPC) have beendeveloped. The CPC are manufactured from a blend on insulating polymer with conductive nanoparticles.When subjected to mechanical stress, the average inter-particle separation is reduced, and therefore, the electric resistance of the composite is modified following the models for quantum tunneling conduction.In the present article, the manufacturing process of a deformation sensor is described; the polymer Polydimethylsiloxane (PDMS) and conductive are combined for such purpose. Finally, some applications reportingCPC usage within the fields of biomedical instrumentation and robotics are reported. Some outstandingapplications are next listed: detection and evolution of lower limb injuries using plantar insoles, and theusage of robotic skins in industrial manipulators aimed for the exploration in unstructured environments. Conductive polymer composites (CPC). manufacturing and use of CPC-based sensors for biomedical applications deformation force sensor piezorresistance Conductive Polymer Composite Journal article https://doi.org/10.24267/23462329.1390 10.24267/23462329.1390 2024-11-07T14:22:08Z 2539-1453 2346-2329 https://revistasdigitales.uniboyaca.edu.co/index.php/reiv3/article/download/1390/1022 2024-11-07 2024-11-07T14:22:08Z https://revistasdigitales.uniboyaca.edu.co/index.php/reiv3/article/download/1390/1030 |
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Conductive polymer composites (CPC). manufacturing and use of CPC-based sensors for biomedical applications |
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Tradicionalmente las mediciones de fuerza en aplicaciones industrialesse han efectuado empleando celdas de carga. Dichos dispositivosemplean galgas extensiométricas instaladas sobre mecanismosmetálicos deformables, motivo por el cual las celdas de carga resultanvoluminosas, pesadas y costosas para ser integradas en aplicacionesbiomédicas que requieren efectuar lecturas de fuerzas de una forma noinvasiva. Como respuesta a esta necesidad han surgido los compuestospoliméricos conductores (CPC), los cuales se construyen mezclandopolímeros aislantes con nanopartículas conductoras. Al ser sometidos aestrés mecánico, la separación promedio interpartícula se reduce y, porende, la resistencia eléctrica del compuesto es modificada siguiendo losmodelos de tunelamiento cuántico. En el presente artículo se describeel proceso de manufactura de un sensor de deformación empleandoel polímero polidimetilsiloxano (PDMS) y nanopartículas conductoras.Finalmente, se describen algunas aplicaciones de los CPC en los camposde la instrumentación biomédica y la robótica, entre los que destacanla detección y medición de lesiones en miembros inferiores medianteplantillas plantares y el uso de las pieles robóticas en manipuladoresindustriales para la exploración en entornos no estructurados.
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Measuring forces in industrial applications have been usually performed from load cells. Such devices aremanufactured from strain gauges installed on bendable metallic mechanism. From this fact, load cells arebulky, heavy and expensive such to be installed on biomedical applications that require non-invasive forcemeasurements. In an attempt to overcome this limitation, Conductive Polymer Composites (CPC) have beendeveloped. The CPC are manufactured from a blend on insulating polymer with conductive nanoparticles.When subjected to mechanical stress, the average inter-particle separation is reduced, and therefore, the electric resistance of the composite is modified following the models for quantum tunneling conduction.In the present article, the manufacturing process of a deformation sensor is described; the polymer Polydimethylsiloxane (PDMS) and conductive are combined for such purpose. Finally, some applications reportingCPC usage within the fields of biomedical instrumentation and robotics are reported. Some outstandingapplications are next listed: detection and evolution of lower limb injuries using plantar insoles, and theusage of robotic skins in industrial manipulators aimed for the exploration in unstructured environments.
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