Sensor Gaya Nirkabel Tanpa Baterai:Pengukuran Akurat Antara Benda yang Menyentuh
Universitas California San Diego, La Jolla, CA
Yang disebut “stiker gaya” ini adalah perangkat elektronik tipis dan fleksibel yang mengukur gaya antar benda yang bersentuhan. (Gambar:David Baillot/Sekolah Teknik UC San Diego Jacobs)
Para insinyur di Universitas California San Diego telah mengembangkan “stiker” elektronik yang mengukur gaya yang diberikan oleh suatu benda terhadap benda lainnya. Stiker force bersifat nirkabel, dapat digunakan tanpa baterai, dan dapat dipasang di ruang sempit. Hal ini menjadikannya serbaguna untuk berbagai aplikasi, mulai dari mempersenjatai robot dengan indra peraba hingga meningkatkan pengalaman VR dan AR yang mendalam, menjadikan perangkat biomedis lebih cerdas, memantau keamanan peralatan industri, dan meningkatkan akurasi dan efisiensi pengelolaan inventaris di gudang.
Alat ini dapat digunakan, misalnya, pada implan lutut untuk mengukur kekuatan yang diberikan implan pada sendi. Memiliki kemampuan untuk merasakan perubahan dalam kekuatan ini dapat berguna untuk memantau kesesuaian implan, serta keausannya. Stiker force juga dapat ditempel di bagian bawah paket gudang untuk mengukur berat isinya, yang berfungsi sebagai timbangan mini untuk memeriksa inventaris.
“Stiker gaya ini dapat menjadikan teknologi lebih cerdas, interaktif, dan intuitif,” kata Dinesh Bharadia, Profesor Teknik Elektro dan Komputer di UC San Diego Jacobs School of Engineering. "Manusia, pada dasarnya, memiliki kemampuan inheren untuk merasakan kekuatan. Hal ini memungkinkan kita berinteraksi secara lancar dengan lingkungan sekitar dan memungkinkan dokter melakukan prosedur bedah yang rumit. Menyediakan kemampuan penginderaan kekuatan ini pada perangkat elektronik dan implan medis dapat menjadi terobosan baru bagi banyak industri."
Stiker gaya terdiri dari dua komponen utama. Salah satunya adalah kapasitor kecil yang tipisnya hanya beberapa milimeter dan seukuran sebutir beras. Komponen lainnya adalah stiker radiofrekuensi identifikasi (RFID), yaitu perangkat yang berfungsi seperti barcode yang dapat dibaca secara nirkabel menggunakan sinyal radio. Para peneliti menemukan cara cerdas untuk mengintegrasikan kedua komponen ini sehingga keduanya dapat mengukur gaya yang diterapkan oleh suatu benda dan mengkomunikasikan informasi tersebut secara nirkabel ke pembaca RFID.
Kapasitor terbuat dari lembaran polimer lunak yang diapit di antara dua strip tembaga konduktif. Ketika gaya eksternal diterapkan, polimer akan terkompresi, menarik strip tembaga menjadi lebih dekat, sehingga meningkatkan muatan listrik di kapasitor.
Para peneliti menunjukkan bahwa peningkatan muatan listrik akibat gaya yang diterapkan adalah kuncinya, karena hal ini menciptakan perubahan pada sinyal yang dikirimkan oleh stiker RFID. Pembaca RFID mengukur perubahan-perubahan ini dari jarak jauh dan menerjemahkannya ke dalam besaran gaya tertentu yang diterapkan. Teknik khusus untuk menciptakan perubahan pada sinyal RFID ini memungkinkan komponen-komponen dalam stiker gaya menjadi mini. Sebagai perbandingan, metode sebelumnya untuk membuat perubahan sinyal RFID memerlukan komponen yang ukurannya ribuan kali lebih besar.
Sementara itu, stiker RFID bekerja dengan daya yang sangat rendah dengan mentransmisikan sinyal radio melalui teknik yang disebut hamburan balik. Dibutuhkan sinyal radio yang masuk dari pembaca RFID, memodifikasi sinyal melalui perubahan listrik yang disebabkan oleh kapasitor, dan kemudian mencerminkan sinyal yang dimodifikasi kembali ke pembaca, yang menguraikan dan menerjemahkannya menjadi gaya yang diterapkan.
Akibatnya, stiker gaya pada dasarnya tidak menggunakan daya. “Desainnya sangat sederhana dengan perangkat elektronik yang minimal,” kata penulis pertama studi Agrim Gupta, seorang Ph.D. teknik elektro dan komputer. siswa di lab Bharadia.
Fitur desain lainnya adalah kapasitor dapat disesuaikan untuk berbagai rentang gaya. Dengan mengganti lapisan polimer dengan yang lebih lembut atau kaku, kapasitor dapat disesuaikan untuk mengukur gaya yang lebih kecil atau lebih besar.
Untuk mendemonstrasikannya, para peneliti membuat dan menguji dua jenis stiker gaya. Dalam satu stiker, kapasitor dibuat dengan polimer super lembut untuk mengukur gaya yang lebih kecil, sehingga cocok untuk digunakan dalam eksperimen pada model sendi lutut. Ditempatkan di dalam sambungan, stiker gaya secara akurat mengukur gaya yang diterapkan berbeda-beda saat para peneliti mendorong sambungan tersebut. Stiker kedua, yang kapasitornya dibuat dengan polimer yang lebih kaku, diuji dalam eksperimen pengemasan di gudang. Ditempelkan di bagian bawah kotak, alat ini secara akurat mengukur berat berbagai jumlah benda yang ditempatkan di dalam kotak.
Dalam pengujian, stiker gaya sangat tahan lama. Mereka bertahan terhadap lebih dari 10.000 penerapan kekuatan dan tetap akurat secara konsisten. Selain itu, stiker tersebut dapat dibuat dengan biaya rendah, dengan harga setiap stiker kurang dari $2, kata para peneliti.
“Jika kita bisa mengkomersialkan teknologi ini, kita membayangkan di masa depan sekotak obat ini bisa dijual dengan harga murah, seperti sekotak Band-Aids,” kata Gupta. Ke depan, para peneliti bertujuan untuk membuat stiker force dapat dibaca oleh ponsel cerdas, sehingga menghilangkan kebutuhan akan pembaca RFID.
Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Liezel Labios di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya.; 858-246-1124.
