Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Nové pružné dielektrické snímače deformace

Zejména na dálnicích jsme často svědky toho, jak auto přijíždějící příliš rychle ke stojící koloně nestačí včas zabrzdit a srážce, často i hromadné, již nelze zabránit. Airbag, který se přitom aktivuje, sice zpravidla ochrání osoby sedící v autě před těžším zraněním, ovšem jestliže jsou správně připoutané. Je-li však spolujezdec předkloněn hodně dopředu, protože např. právě něco hledá v tašce pod svýma nohama, může ho pohybová energie airbagu zranit.
 
Odborníci Fraunhoferova ústavu pro výzkum křemíku ISC (Institut für Silicatforschung) ve Würzburgu nyní vyvinuli pružné snímače deformace, které by měly pomoci takové situaci zabránit. Při vložení např. do autosedačky umožňují spolehlivě zjistit, zda je sedadlo spolujezdce skutečně obsazené, zda dítětem nebo dospělým a jak na něm osoba sedí, zda je předkloněná nebo způsobně opřená. „Nové fóliové snímače mohou měřit protažení i smrštění,“ říká Dr. Holger Böse, vedoucí střediska Smart Materials v ústavu ISC. „Základem nových senzorů je poddajná elastomerová fólie, na které jsou po obou stranách naneseny pružné elektrody. Jestliže se fólie natáhne, třeba v důsledku deformace povrchu sedačky, změní se její tloušťka, a tím také elektrická kapacita, kterou lze velmi dobře měřit.“ Na rozdíl od běžných, tuhých a nepoddajných tenzometrů lze nové dielektrické elastomerové senzory případě protáhnout až asi o 100 % – tedy přibližně na dvojnásobnou délku.
 
Pro některé způsoby použití, jako např. k měření rozložení tlaků při zjišťování obsazení autosedačky, je vhodné nanést na elastomerovou fólii několik párů elektrod, z nichž každá pracuje jako samostatný senzor měřící lokální deformaci (napjatost – viz obr. 1). Takto lze přesně určit rozložení tlaku na sedačku a jeho změny a z toho odvodit, jak se sedící osoba chová.
 
Materiál, ze kterého jsou senzory vyráběny, musí být vybrán s ohledem na danou úlohu. Elastomerová fólie je z polymeru, jehož jednotlivé molekuly jsou spolu chemicky svázány. Čím silnější je vazba mezi molekulami, tím je materiál tvrdší – podobně jako rybářská síť s jemnými oky je pevnější než síť s velkými oky. Stupeň propojení molekul polymeru lze při jeho výrobě řídit. „Jestliže má senzor měřit velké tlaky, vyrobí se elastomerová fólie tvrdší, pro měření malých tlaků naopak měkčí,“ vysvětluje Dr. Böse.
 
Možnosti použití nových senzorů jsou velmi rozmanité. Velmi dobře mohou např. měřit tlaky plynů. K tomu účelu se elastomerová fólie napne jako membrána přes prstenec. Tlakem plynu se membrána deformuje, což senzor velmi rychle „zjistí“. Všestranně se nové senzory deformace mohou uplatnit také v bezpečnostní technice. Vstoupí-li třeba osoba ve výrobním provozu do prostoru, kde je již příliš blízko u nebezpečného stroje, mohou to senzory zapuštěné do podlahy spolehlivě zaregistrovat a vydat varovný signál. Podobně lze sledovat, zda někdo nevstoupil na bezpečnostní pás v metru. Elastomerové senzory je také možné zašít přímo do oděvů. Poté lze přesně analyzovat průběhy pohybů osoby, která takový oděv nese, což by mohlo např. pomoci profesionálním sportovcům optimalizovat trénink. Senzory jsou natolik ohebné, že člověk jejich přítomnost v oděvu ani nevnímá. S různými zajímavými způsoby použití nových senzorů deformace se návštěvníci mohli seznámit v expozici Fraunhoferovy společnosti na veletrhu Sensor+Test 2011 začátkem června v Norimberku. Pracovníci ústavu předpokládají, že se nové elastomerové senzory brzy objeví na trhu.
[Sensoren, die sich dehnen lassen. Fraunhofer Pressemitteilung, 9. května 2011.]
Kab.
 
Obr. 1. Pružné dielektrické senzory deformace lze snadno přizpůsobit různým potřebám (foto: Fraunhofer ISC)