3D-gedruckter sensor, inspiriert von Spinnennetzen, mit integrierten Energieabsorptions- und Kraftwahrnehmungsfähigkeiten

Zusammenfassung Die Natur hat eine Vielzahl von sorgfältig gestalteten Strukturen hervorgebracht, die bei der Beuteerfassung helfen. Spinnen verwenden ihre Netzstrukturen zur vibrationalen Wahrnehmung und zur Beuteerfassung, ähnlich einem Bestandteil eines neurosensorischen Systems. Hier schlagen wir einen von Spinnennetzen inspirierten Sensor mit integrierten Energieabsorptions- und Kraftwahrnehmungsfähigkeiten durch 3D-Druck vor. Der leitfähige Kohlenstoffschwarz/TPU-Verbundstoff, hergestellt aus TPU-Granulaten und Kohlenstoffschwarzpartikeln, wird für den 3D-Druck verwendet. Wir analysieren den zugrunde liegenden Wahrnehmungsmechanismus der leitfähigen CB/TPU-Verbundstoffe, der sich aus der verbesserten Dispersion der CB-Partikel ergibt. Durch die 3D-Druckmethode sind wir in der Lage, die Form, die Füllungsdichte, die Anordnung und den Druckpfad der Struktur zu regulieren, um die statischen mechanischen Eigenschaften, den anfänglichen Widerstand und die Kraftempfindlichkeit der vom Spinnennetz inspirierten Struktur anzupassen. Das statische mechanische Modell für den einzelnen Faden der vom Spinnennetz inspirierten Struktur wird konstruiert. Wir untersuchen die Energieabsorptionsfähigkeit von vom Spinnennetz inspirierten Strukturen mit unterschiedlichen strukturellen Parametern und demonstrieren deren Einfluss auf die Wahrnehmungseigenschaften bei unterschiedlicher Fallhöhe. Darüber hinaus haben wir einen Schaltkreis zusammengebaut, um die fallende Höhe des auftreffenden Balls durch die Helligkeit des LED-Lichts visuell darzustellen. Diese Studie liefert Einblicke, wie strukturierte Materialien mit intelligenten Eigenschaften ausgestattet werden können, was zu deren praktischen Anwendungen in den Bereichen Biomedizin, weiche Robotik und künstliche Haut etc. beiträgt. Highlights Ein vom Spinnennetz inspirierter Sensor wird mit CB/TPU-Verbundstoffen 3D-gedruckt. Der Sensor verfügt über integrierte Kraftwahrnehmungs- und Energieabsorptionsfähigkeiten. Die Empfindlichkeitsfähigkeiten können durch Parameterdesign reguliert werden. Das mechanische Modell der bioinspirierten Struktur wird konstruiert. Ihre Wahrnehmungseigenschaften werden durch zwei Anwendungen demonstriert.