Rekbare sensor opent deuren voor slim textiel

Onderzoekers van École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) hebben een innovatieve elektronische vezel ontwikkeld die uitermate rekbaar is — zelfs tot meer dan tien keer zijn oorspronkelijke lengte — en toch functioneert als sensor. Dit creëert nieuwe mogelijkheden voor integratie van sensortechnologieën in flexibele materialen, textiel en mogelijk ook in rubberen of kunststof componenten.

De onderzoekers maken een vezel via thermal drawing, een techniek waarbij een voorvorm met vloeibare metaalcomponenten in een elastomeer matrix wordt uitgetrokken tot een dunne vezel. De vloeibare metaalcomponenten bestaan uit een indium-gallium-legering die bij kamertemperatuur vloeibaar blijft en dus geschikt is voor flexibele toepassingen. Door specifieke 3D-patronen in de voorvorm aan te brengen, kunnen delen van de vezel elektrisch actief (geleidend) of passief (isolerend) worden gemaakt. Het resultaat is een vezel die, zelfs wanneer hij meer dan tien keer wordt uitgerekt, nog steeds stabiele elektrische eigenschappen heeft.

De onderzoekers demonstreerden hun technologie in een ‘smart knee brace’ waarin de vezel is ingebed en waarmee kniebuiging tijdens lopen, rennen en springen werd gemonitord.

Technische aandachtspunten en uitdagingen

Zoals altijd bij innovatie gelden enkele aandachtspunten — relevant voor implementatie en opschaling:

• Materialen & compatibiliteit: De gebruikte vloeibare metaal-legering is geschikt, maar producenten van kunststoffen of rubbers moeten nagaan of de chemische en thermische compatibiliteit goed is met hun draagmateriaal.
• Procesintegratie: De vezel wordt gemaakt via thermal drawing. Voor massaproductie moet worden gekeken naar schaalbaarheid, kostprijs en integratie in bestaande verwerkingslijnen.
• Mechanische duurzaamheid: Hoewel de vezel in proefopstellingen hoge rek aankan, moet in een productieomgeving worden getest op lange-termijn belastingen en slijtage.
• Integratie in componenten: De verwerkbaarheid van deze sensor in bestaande rubber- of kunststofonderdelen zal afhangen van verwerktemperatuur, chemische weerstand en hechting.
• Kosten & businesscase: De extra waarde van een “smart” component moet opwegen tegen de extra kosten van materiaal en integratie. Voor high-end toepassingen, zoals medische braces of sportuitrusting, ligt de drempel lager dan bij standaardproducten.