Uudet anturi- ja kytkinsovellukset joustavan ja venytettävän elektroniikan materiaaleille

Kannettavien ja päälle puettavien laitteiden lisääntyminen arkiympäristössä vauhdittaa meneillään olevan joustavan elektroniikan kehitystä. Tulevaisuudessa odotettavissa oleva vaihe on elastinen elektroniikka eli venytettävät laitteet ja komponentit. Kehitys mahdollistaa täysin ennennäkemättömät ja huomaamattomat ihmiskehoon integroitavat ja päälle puettavat laitteet. Yksi merkittävimmistä osa-alueista ovat anturit, jotka reagoivat mekaanisiin ärsykkeisiin tai herätteisiin mahdollistaen tiedon keräyksen ihmisistä ja ympäristöstä vuorokauden ympäri. Niillä onkin tärkeä rooli esimerkiksi tulevaisuuden biodiagnostiikassa, tekoälyssä, virtuaalitodellisuudessa ja asioiden internetissä.

Väitöstyössä hyödynnettiin venytettäviä materiaaleja uudentyyppisissä pietsoresistiivisissa rakenteissa. Valmistetut komponentit olivat venytettävä sähkömekaaninen kytkin sekä konepestävä ihoon kiinnittyvä venymäanturi. Venymäanturin toimivuus testattiin ihmiskehon liikkeiden ja fysiologisten signaalien mittaamiseksi kiinnittämällä anturi ihoon.

Lisäksi työssä kehitettiin joustavia komposiittimateriaaleja, joiden valmistusta, ominaisuuksia ja hyödyntämistä paineantureissa tutkittiin. Materiaaleista kehitettiin päälle puettava pietsoresistiivinen ja -kapasitiivinen hybridianturi sekä uudenlainen pietsosähköinen anturinauha, joka soveltuu kohotetun lämpötilan ympäristöihin.

Tulokset osoittivat joustavan hybridianturin sekä erityisesti venytettävien pietsoresistiivisten rakenteiden soveltuvuuden muun muassa henkilökohtaisen terveystilan seurantaan, virtuaalitodellisuuteen ja robotiikkaan. Monitoiminallisella venymäanturilla saavutettiin tähän asti korkein raportoitu vastusarvon muutos käytetyssä venytysalueessa. Myöskin aikaisemmin saavuttamattomissa olleet itsenäisesti toimivat langattomat ja joustavat anturit vaativiin olosuhteisiin voitaisiin toteuttaa kehitetyllä pietsosähköisellä komposiittimateriaalilla.