Gambar. 2. Perubahan parameter LCR dari sebagian SE-CMC.

ΔL menunjukkan panjang diperpanjang atau dikontrak dari SE-CMC dari panjang aslinya

(ΔL=0), zona abu-abu adalah proses kontraksi [15].

Dengan cara mengisi data CMC ke dalam matriks elastis, elemen sensor CMC yang

diproduksi sebagai prosedur berikut: resin elastis komersial; polysilicone (Shin-Etsu, KE-103)

dan resin epoxy elastis (Dainippon-Kimia, EXA-4850) digunakan sebagai matriks. CMC yang

digunakan sebagai sumber unsur sensor, yang disiapkan oleh pirolisis katalitik asetilena,

memiliki struktur double-helix dengan diameter kumparan 7-12 m dan panjang kumparan 300-

500 m. CMC yang merata dalam matriks menggunakan mixer sentrifugal, de-menggelegak

dalam ruang hampa, dibentuk dan dipadatkan untuk membentuk elemen tipis sensor sepiring

10x10x (1 ~ 2 ketebalan) mm3 (elemen sensor CMC, akhirat). Jumlah penambahan CMC dalam

matriks adalah 1-10% berat.

Sifat dasar sensor sentuhan diukur sebagai prosedur berikut: beban dinamis serta beban

statis vertikal diterapkan pada elemen sensor CMC menggunakan manipulator. Nilainya dimuat

yang diukur menggunakan keseimbangan listrik yang elemen sensor ditetapkan. Kecepatan

loading dikendalikan oleh manipulator motor-droved. AC tegangan 200 KHz diaplikasikan

sensor Unsur melalui dua elektroda, dan output dari parameter listrik dari L (induktansi), C

(kapasitansi) dan R (resistensi) diukur dengan menggunakan penganalisis impedansi (Agilent,

4294A). Kadang-kadang output dari parameter listrik dari L (induktansi) + C (kapasitansi) dan R

(resistensi) ditransformasikan ke tegangan DC menggunakan sebuah transformator sinyal, dan

dua sinyal berubah (L + C dan R) diukur dengan menggunakan Oscilloscope (Agilent, 54621A).

Gambar. 3 menunjukkan keluaran sinyal C untuk CMC (8wt%) / elemen sensor

polysilicone dari 10x10x2mm3 dengan menerapkan beban yang berbeda. Beban diaplikasikan

selama 8 detik dan kemudian dilepaskan. Hal ini dapat terlihat bahwa sinyal dari parameter LCR

(tegangan output) beban berubah tajam setelah diterapkan dan mencapai nilai konstan berikut

dengan pemulihan cepat ke level semula setelah melepaskan beban. Pola sinyal mengubah

sejenis R parameter juga diamati. Hasil ini menunjukkan bahwa CMC elemen / polysilicone

sensor dapat mendeteksi beban diterapkan oleh perubahan parameter listrik dengan singkat

waktu respon dari 0,3-0,5 s. Batas deteksi minimum beban yang diberikan diperkirakan sejumlah

perintah MGF, yang sesuai dengan tekanan beberapa Pa.

Gambar. 3. Output L + C dan parameter R dari CMC (8wt%) / elemen sensor polysilicone.

Ukuran elemen: 10x10x2 mm3, elektroda: Cu (27x16x0.1 mm3), beban Terapan: 2.0gf,

pemisahan antara dua elektroda: 1,0 mm.

Selain itu, telah diusulkan bahwa sensitivitas tinggi dan diskriminasi kemampuan elemen

sensor CMC dapat disebabkan oleh LCR hybrid (induktansi, kapasitansi dan tahanan) osilasi

resonansi. Artinya, sifat elektromekanis dan sifat resonansi adalah mekanisme

sensor sentuhan.

Hingga saat ini, ada tiga jenis CMC digunakan dalam sensor taktil/sentuhan: 1)

Konvensional DH-CMC:celah-celah lembaran mereka (yaitu pemisahan antara lembaran kabel)

yang cukup kecil seperti ditunjukkan pada Gambar. 1, sebagai-dewasa kumparan dapat secara

bertahap diperluas, serat lembaran (kabel) biasanya kontak dengan satu sama lain

(solenoidshaped) sebelum ekstensi, sementara mereka terpisah setelah ekstensi (menjadi semi-

berbentuk),yang sifat listrik berubah dengan ekstensi atau kontraksi (deformasi); 2) DHCMCs

Super elastis: celah-celah lembaran mereka cukup besar, kumparan as-dewasa bisa mengulang

ekstensi-kontraksi untuk jumlahnya, sifat listrik juga berubah dengan bergantian dalam keadaan

ekstensi-kontraksi ; 3) SH-CMC (Gambar. 4) .Mereka memiliki rasio terbesar lapangan melawan

diameter kumparan, listrik sifat juga berubah secara dramatis dengan deformasi. Kinerja

mekanik-listrik tiga jenis CMC adalah dasar dari sensor taktil CMC. Ketika CMC diisikan ke

polimer elastis untuk menghasilkan komposit polimer, polysilicone matriks elastis merusak

menyertai deformasi CMC dan kemudian CMC dan matriks beresonansi bersama-sama, hasil

dalam perubahan parameter listrik, oleh karena itu, komposit memiliki sifat penginderaan taktil.

Untuk membandingkan sifat taktil penginderaan sensor DH-CMC dan sensor SH-CMC,

kita memilih resistivitas sebagai parameter target untuk membandingkan sensitivitas dari dua

jenis unsur sensor (Gambar. 5). Hal ini dapat dilihat bahwa resistivitas dari sensor DH-CMC

lebih besar daripada SH-CMC sensor. Namun, resistivitas mereka menurun dengan

meningkatnya frekuensi dalam kecenderungan yang sama. Sinyal output khas resistivitas kedua

sensor dari 10x10x1 mm3 CMC (5wt%) / polysilicone elemen sensor dari bawah beban

diterapkan berbeda dari 0,5 ~ 50 gf (gram force) diberikan pada Gambar. 5. beban yang

diterapkan selama 5 ~ 8 detik dan kemudian dilepaskan. Dalam elemen SH-CMC, sinyal output

dari resistivitas cepat menurun beban yang diterapkan dan kemudian cepat pulih ke tingkat

semula setelah melepaskan beban, dan perubahan yang sangat besar dalam resistivitas; | ΔR | =

70 KΩ, diperoleh bawah beban diterapkan dari 50 gf. Di sisi lain, dengan menggunakan unsur-

unsur DH-CMC, perubahan sinyal yang lebih kecil | ΔR | = 10,5 KΩ, dan juga pergeseran

bertahap di tingkat sinyal asli diamati. Di bawah diterapkan

beban 50 gf, nilai | ΔR | adalah 1/7 kali dari elemen SH-CMC. Selanjutnya, dengan

menggunakan SH-CMC sebagai bahan penginderaan, tingkat sinyal asli stabil dan konstan dapat

diperoleh setelah ekstensi berturut-turut dan kontraksi. Artinya, unsur-unsur SH-CMC yang lebih

stabil dan sensitif dibandingkan dengan elemen DH-CMC. Perbedaan sifat penginderaan antara

SH-CMC dan elemen DH-CMC dijelaskan oleh perbedaan dalam morfologi dan elektromekanis

yang kinerja.

Gambar. 4. Perwakilan SEM citra semi berbentuk tunggal heliks microcoils karbon semi

berbentuk (SSK) dan tampilan yang diperbesar.

Gambar. 5. Perubahan resistivitas R (ΔR) ketika beban yang berbeda yang diterapkan pada

elemen sensor selama 40 detik. (a) sensor SHCMC; sensor (b) DHCMC. Penambahan CMC: 5%.

Elektroda: Au-dilapisi Cu, 0,5 V / 200KHz; Pemisahan antara elektroda: 2.5mm.

Sensitivitas dari elemen sensor CMC adalah tentang 1mgf, sedangkan kepekaan

konvensional sensor kapasitif yang 13-32pF / 100gf atau 200-250V / 100gf [11], sesuai, elemen

sensor CMC memiliki kepekaan 3-4 perintah besarnya lebih tinggi dari sensor kapasitif

konvensional.

4.Penerapan CMC Sensor

Karena sifat yang sangat baik dari sensor taktil CMC dijelaskan di atas, taktil CMC

sensor sensor taktil potensi untuk mengatasi kekurangan dari MAS. Misalnya, karena

sensitivitas tinggi, sensor taktil CMC dapat dilengkapi dalam setengah jalan dari endoskopi yaitu

untuk mengatakan, di luar tubuh. Dengan demikian, dapat menghindari persyaratan mengenai

jika sensor yang kompatibel untuk tubuh organ jaringan lunak, dan cairan tubuh atau tidak.

Suatu peralatan meniru untuk penyelidikan aplikasi dari sensor taktil/sentuhan CMC

dirancang sebagai ditunjukkan pada Gambar. 6. Sistem ini terdiri dari komponen meniru organ

manusia, tubuh manusia, operasi lubang (hole key), endoskopi, CMC sensor taktil, endoskopi

dibantu robot; dan keseimbangan untuk mengukur gaya yang diterapkan untuk organ sementara

endoskopi menyentuh organ.

Gambar. 6. Seorang tokoh skematik aparat meniru sensor taktil di MAS.

1- organ manusia, 2-tubuh manusia, lubang 3-operasi (lubang kunci); 4-endoskopi, 5- sensor

taktil CMC, 6-endoskopi dibantu robot; 7-balance untuk mengukur gaya yang diberikan ke organ

sementara endoskopi menyentuh organ.

Osiloskop digunakan untuk mengukur sifat penginderaan taktil sensor CMC. Ketika

endoskopi menyentuh organ, hasil di beberapa tekanan diterapkan pada elemen sensor CMC, LC

dan Komponen R dapat berubah dan memodulasi sinyal datar diterapkan untuk membentuk

beberapa sinyal (output atau respon). Output yang dihasilkan ketika sensor sentuh "organ". Gaya

diproduksi ketika menyentuh terjadi ditunjukkan pada Gambar. 7. Ringkasan hubungan antara

kekuatan dan output ditunjukkan pada Gambar. 8. Pada Gambar. 7, pada awal 15 menit, kata

pengantar endoskopi pindah ke organ, kekuatan meningkat, maka, endoskopi bergerak mundur

dari organ, gaya taktil menurun. Perubahan output sesuai dengan perubahan yang berlaku taktil;

mereka kira-kira memiliki linear hubungan. Namun, banyak masalah, seperti reproduktifitas dan

hysteresis berada di bawah penyelidikan.

Selanjutnya, sensor CMC diharapkan akan digunakan pada robot humanoid, dalam

perawatan medis seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9.

Gambar. 7. Output ketika sensor menyentuh "organ" dengan waktu terbang. Kekuatan

ketika disentuh terjadi di (b) dengan waktu meningkat.

.

Gambar. 8. Ringkasan hubungan sebelum kekuatan dan output

Gambar. 9. Aplikasi untuk peralatan medis atau robot humanoid.

5.Kesimpulan

Double-helix microcoils karbon (DH-CMC) yang morfologi mirip dengan DNA dan

single helix microcoils karbon (SH-CMC) yang morfologi mirip dengan protein disusun oleh Ni

dan Nialloy deposisi uap kimia katalitik masing-masing. Bahan karbon tersebut tertanam ke

polysilicone matriks untuk membentuk elemen sensor taktil kulit-biomimetik buatan dan

perubahan parameter listrik pada beban diterapkan pada sensor diselidiki. Perbandingan

menunjukkan bahwa sensor SH-CMC memiliki kepekaan lebih tinggi dari sensor DH-CMC.

Sensor ini taktil memiliki kemampuan penginderaan tinggi untuk tekanan dan diharapkan akan

digunakan dalam operasi akses minimal (MAS), di robot humanoid, dan sistem otonom.

Pengakuan

Penelitian ini didukung oleh Pengetahuan Cluster Initiative Proyek dari Jepang: Gifu Ogaki

Robotika Advanced Medical Cluster; juga sebagian oleh Yayasan Penelitian REFEC untuk

Electrotechnology dari Chubu Jepang, dan Jepang Masyarakat untuk Promosi Sains (P04418).

Presentasi ini didukung oleh Tokyo Electric Power Co, Inc (TEPCO) Research Foundation.