חיישני מישוש נמצאים בשימוש נרחב ברובוטיקה, תותבות, מכשירים לבישים ומעקב אחר בריאות. מכשירים אלה מגלים וממרים גירויים חיצוניים כמו לחץ וכוח לאותות חשמליים, ומאפשרים גילוי סביבתי יעיל. מדענים עשו מאמצים נרחבים לשיפור הביצועים של חיישני מישוש מבחינת טווח חישה ורגישות. בהקשר זה, מטמיינים מכניים מבטיחים מאוד. באופן ספציפי, מטא-חומרים מכניים אוקסטיים (AMMS)-מחזיקים את התכווצות הפנימית של פויסון שלילית וריכוז זן מקומי עם דחיסה. התנהגויות אינטואיטיביות אלה הופכות אותן לאפשרויות משתלמות לעיצוב חיישנים ומפעילים בעלי תכונות מצוינות.
עם זאת, טכנולוגיית AMM קיימת סובלת מאתגרי ייצור ואינטגרציה.
Addressing this knowledge gap, a team of researchers from the Seoul National University of Science and Technology, led by Mr. Mingyu Kang, the first author of the study and a Master's course student in the Department of Mechanical Design and Robot Engineering, and including Dr. Soonjae Pyo, an Associate Professor in the Department of Mechanical System Design Engineering, have proposed a novel 3D AMM-based tactile sensing platform based on a cubic lattice with spherical voids and מפוברק באמצעות הדפסת תלת מימד מבוססת עיבוד אור דיגיטלי. ממצאי הפריצה שלהם הועמדו לרשותך באופן מקוון ופורסמו בכתב העת חומרים פונקציונליים מתקדמים ב- 6 ביולי 2025.
החוקרים בדקו את פלטפורמת החישה המישושית, תוך שימוש במטא-חומרים אוקסטיים מודפסים בתלת מימד במצבי חישה קיבוליים וגם בפיזוריסטים. בעוד שהחיישן מגיב ללחץ באמצעות מרווח אלקטרודות ומודולציה של התפלגות דיאלקטרית במצב הראשון, המצב האחרון ממנף רשת מצופה באופן קונפורמי של צינורות פחמן המשנים את ההתנגדות תחת עומס.
"The unique negative Poisson's ratio behavior utilized by our technology induces inward contraction under compression, concentrating strain in the sensing region and enhancing sensitivity. Beyond this fundamental mechanism, our auxetic design further strengthens sensor performance in three critical aspects: sensitivity enhancement through localized strain concentration, exceptional performance stability when embedded within confined structures, and crosstalk minimization between adjacent sensing units. בניגוד למבנים נקבוביים קונבנציונליים, תכנון זה ממזער את ההתרחבות לרוחב, משפר את הבבישות והפחתת הפרעות כאשר הוא משולב במכשירים כמו מדרסים חכמים או תפסנים רובוטיים. יתר על כן, השימוש בעיבוד אור דיגיטלי-מְבוּסָס הדפסת תלת מימד מאפשרת תכנות מבניות מדויקות של ביצועי חיישנים, ומאפשרת התאמה אישית מבוססת גיאומטריה מבלי לשנות את חומר הבסיס, " מעיר מר קנג.
הצוות הציג שני תרחישים של הוכחת קונספט המדגישים את החידוש של עבודתם: מערך מישוש למיפוי לחץ מרחבי ולסיווג אובייקטים, כמו גם מערכת מדרסים לבישה עם יכולות ניטור דפוסי ההליכה ויכולות גילוי סוג ההגה.
לדברי ד"ר פיו: "ניתן לשלב את פלטפורמת החיישנים המוצעת במדרסים חכמים לניתוח ניטור הומואים וניתוח הגוננות, ידיים רובוטיות למניפולציה מדויקת של אובייקטים, ומערכות ניטור בריאות לבישות הדורשות חישה נוחה מבלי לשבש את חיי היומיום. חשוב לציין כי המבנה האוקסטי שומר על רגישותו ויציבותו גם כאשר הוא מוגבל בתוך מאכלים נוקשים, כמו שכבות מדרסים, בהן בדרך כלל סריגים נקבוביים קונבנציונליים מאבדים את הביצועים. מדרגיותו ותאימותו למצבי הולכה שונים הופכים אותו גם מתאים למשטחי מיפוי לחץ, מכשירי שיקום וממשקי אינטראקציה בין-רובוט אנושיים הדורשים רגישות גבוהה וחוסן מכני. "
בעשור הבא, חיישני מישוש מודפסים בתלת מימד מובנים אוקסטיים יכולים להוות את עמוד השדרה של האלקטרוניקה לביש מהדור הבא, מה שמאפשר מעקב רציף ונאמנות גבוהה של מדדי התנועה, היציבה והבריאות האנושית. יכולת ההסתגלות המבנית והעצמאות החומרית שלהם עלולים להניע יצירת חיישנים מתאימים בהתאמה אישית, ספציפית ליישום לרפואה בהתאמה אישית, תותבות מתקדמות ומערכות משוב שהפטיות.
ככל שהייצור התוספים הופך להיות נגיש יותר, ממשקים מישושיים המותאמים להמסה עם ביצועים ניתנים לתכנות עשויים להפוך לסטנדרטיים במוצרי צריכה, שירותי בריאות ורובוטיקה.
