Selbstbetriebener Unterwasser-Druck- und Positionssensor sowie autonome Objekterfassung mit einem porösen thermoplastischen Polyurethan-Filmsensor

Zusammenfassung Die meisten flexiblen ionischen taktilen Sensoren können im tiefen Wasser aufgrund ihrer schlechten Antischwellungs- und Antikompressions-Eigenschaften unter hohem hydrostatischem Druck kaum verwendet werden. Um Druck- und Positionsmessungen unter hohem hydrostatischem Druck zu erreichen, wird in diesem Papier ein selbstbetriebener taktiler Sensor aus einem porösen thermoplastischen Polyurethan (TPU)-Film vorgestellt. Der Sensor erzeugt einen elektrischen Strom aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsdynamiken von Ionen im porösen Film unter Druck. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Stärke des erzeugten Stromsignals mit dem angelegten Druck, der Kontaktfläche und der Ionenkonzentration der Lösung zunimmt. Die Richtung und Stärke des Stromsignals hängen von der Druckposition des Films ab. Die Signalstärke nahm ab, je näher man dem Zentrum des Films kam. Die maximale Druckempfindlichkeit und Positionsauflösung betragen 0,62 kPa −1 bzw. 1,31 mm. Reaktionszeit (0,19 s), 0,67 s Erholungszeit und ein Druckerkennungsbereich von 50–600 kPa werden erreicht. Darüber hinaus wird die Signalstärke nur um 15,53 % verringert, wenn der Sensor unter Wasser in einer simulierten Tiefe von 100 m platziert wird. Der Nachweis des Konzepts zur autonomen Unterwassererfassung von Objekten unterschiedlicher Gewichte mit diesem Sensor wird erfolgreich erreicht.