Во многих ситуациях важно знать, какую силу оказывает один объект на другой. Мы разработали небольшую тонкую наклейку для измерения и передачи данных такого типа без необходимости использования проводов или батареек. Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего разрабатывают устройство под названием ForceSticker. Помимо прочего, его можно использовать для контроля веса упаковок, сложенных стопками на складах, для обеспечения того, чтобы искусственные колени не повредили соседние хрящи, и даже для обеспечения роботов осязанием.
В основе ForceSticker находится конденсатор размером с рисовое зернышко. Он состоит из гибкого полимерного листа, зажатого между двумя проводящими медными полосами. Когда к наклейке прилагается сила, полимер сжимается, приближая две медные полоски друг к другу. Таким образом, количество заряда в конденсаторе увеличивается.
Другим важным компонентом ForceSticker является метка RFID (радиочастотная идентификация), которая временно получает питание от радиосигнала, излучаемого портативным считывателем RFID. Метка использует встроенную антенну для передачи измененного сигнала обратно считывателю — теперь сигнал содержит информацию о текущем уровне заряда конденсатора связи. Специальное программное обеспечение затем преобразует эти данные в измерения внешних сил.
Изменяя мягкость и твердость полимера, используемого в конденсаторе, можно создать ForceSticker с очень высокой чувствительностью, подходящей для измерения меньших сил, или менее чувствительной, подходящей для измерения больших сил. В текущих тестах высокочувствительные наклейки использовались для контроля силы, воздействующей на коленный сустав модели, а менее чувствительные наклейки использовались для контроля веса различных крупных предметов, помещенных в коробку.
В обоих случаях ForceStickers оставались эффективными после более чем 10 000 применений силы. Наклейки также относительно дешевы в изготовлении: около 2 долларов каждая, и эта цифра должна значительно снизиться, если производство будет увеличено. Кроме того, пользователи со временем смогут использовать свои смартфоны вместо специальных RFID-считывателей.
Главный научный сотрудник профессор Динеш Бхарадиа сказал: «Люди обладают врожденной способностью чувствовать силу. Обеспечение такого рода способности чувствовать силу для электронных устройств и медицинских имплантатов может изменить правила игры во многих отраслях».
Доклад об этом исследовании будет представлен на конференции UbiComp2023 в Мексике.