Medida de Força Normal e de Cisalhamento Usando um Sensor Tátil Polimérico Flexível com Múltiplos Capacitores Embutidos

Neste artigo, relatamos uma nova matriz de sensores táteis capacitivos flexíveis com a capacidade de medir tanto a distribuição da força normal quanto de cisalhamento usando polidimetilsiloxano (PDMS) como material base. Uma célula tátil consiste em duas camadas espessas de PDMS com eletrodos embutidos, uma lacuna de ar e uma estrutura de pilar. A estrutura do pilar é formada no centro de cada célula tátil entre a lacuna de ar sob uma grande saliência. Existem quatro capacitores em uma célula para decompor a força de contato em componentes normal e de cisalhamento. Quatro capacitores estão dispostos em formato quadrado. Se uma força normal for aplicada na saliência, a camada de PDMS sobre a estrutura do pilar é comprimida e a lacuna de ar entre os eletrodos superior e inferior diminui, resultando no aumento das quatro capacitâncias. Se uma força de cisalhamento for aplicada, um torque é induzido ao redor do pilar. Portanto, a capacitância de dois capacitores aumenta, enquanto a dos outros dois diminui. A saliência e a estrutura do pilar desempenham um papel crítico para gerar o torque para a medição da força de cisalhamento. O sensor foi realizado em uma matriz 8 x 8 de sensores unitários, e cada sensor unitário responde às tensões normal e de cisalhamento em todos os três eixos, respectivamente. A medição de um único sensor mostra que a faixa total de força detectável é cerca de 10 mN, o que corresponde a 131 kPa nas três direções. As sensibilidades de uma célula medidas com a configuração atual são 2,5%/mN, 3,0%/mN e 2,9%/mN para as direções x, y e z, respectivamente. Imagens de força normal e de cisalhamento também são capturadas a partir de uma matriz 4 x 4 do sensor fabricado. Padrões característicos distintos aparecem quando uma força de cisalhamento é aplicada ao sensor.