炭素ナノフィラーポリエチレンフィルムは、履物用ピエゾ抵抗センサーアレイにおいてどのような役割を果たしますか？

アクティブセンシングコア。 履物用ピエゾ抵抗センサーアレイにおいて、炭素ナノフィラーポリエチレンフィルムは、物理的な力を検出する主要なコンポーネントとして機能します。これはトランスデューサーとして機能し、足によって加えられた機械的な圧力を、測定可能な電気抵抗の変化に変換します。

このフィルムは、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力センシングコアとして機能します。ピエゾ抵抗効果では、機械的な圧力が電気抵抗の非線形な低下を引き起こします。その柔軟性と広い検出範囲（5 kPa～900 kPa）は、人間の歩行の動的な力を捉えるのに特に適しています。

センシングメカニズムの仕組み

ピエゾ抵抗効果

センサーの基本的な動作は、ピエゾ抵抗効果に基づいています。電圧を生成する圧電材料とは異なり、このフィルムは機械的応力に応答して電気抵抗を変化させます。

導電経路の変更

フィルムには、ポリエチレンマトリックス内に懸濁された内部炭素導電経路が含まれています。外部圧力が加わると、材料は圧縮されます。

結果として生じる電気的変化

フィルムが圧縮されると、これらの内部炭素経路が移動し、新しい接続が作成されます。この構造的な変化により、電気抵抗が測定可能なほど減少し、システムは圧力を定量化できるようになります。

履物デザインへの統合

柔軟で薄いプロファイル

センサーが靴で効果を発揮するには、ユーザーの自然な動きを妨げてはなりません。この素材は本質的に薄く柔軟性があるため、足裏のソールに合わせて曲げたり折り曲げたりすることができます。

サンドイッチ構造

機能的なアレイを作成するために、炭素ナノフィラーポリエチレンフィルムは電極層の間に配置されます。このサンドイッチ構造により、抵抗の変化が読み出しエレクトロニクスによって正確に捕捉されることが保証されます。

オーダーメイドのフィット感

この素材は、製造要件に高度に適応できます。特定のインソールの形状に合わせてカットおよび調整できるため、足の重要な圧力ポイントを完全にカバーできます。

パフォーマンス機能

広いダイナミックレンジ

履物センサーは、軽いタッチから激しい衝撃まで、あらゆるものを検出する必要があります。このフィルムは、5 kPa～900 kPaという広範囲にわたって高感度な圧力キャプチャを提供します。

高感度

炭素ナノフィラーの分布の性質により、高感度を実現できます。これにより、体重分布のわずかな変化でもセンサーアレイによって検出されることが保証されます。

技術的制約の理解

非線形応答

抵抗の低下は非線形であることに注意することが重要です。これは、加えられた圧力と抵抗の低下の関係が直線ではないことを意味します。

キャリブレーション要件

この非線形性のため、データ処理アルゴリズムは慎重にキャリブレーションする必要があります。単純な線形方程式では、生の抵抗データを実際の圧力値に正確にマッピングできません。

プロジェクトに最適な選択

炭素ナノフィラーポリエチレンフィルムは、スマートフットウェアにとって堅牢な選択肢ですが、その適用は特定の目標によって異なります。

• 主な焦点が人間工学である場合：フィルムの薄くて柔軟な性質を活用して、センサーアレイが靴のフィット感や快適さを損なわないようにします。
• 主な焦点が高衝撃スポーツである場合：最大900 kPaまでの圧力を測定する素材の能力に依存して、激しい運動の動きを捉えます。
• 主な焦点がデータの精度である場合：重負荷中のデータ歪みを防ぐために、ソフトウェアチームが非線形抵抗低下を考慮するようにします。

このフィルムをセンシングコアとして利用することで、ウェアラブルテクノロジーに不可欠な高感度と物理的耐久性のバランスを実現できます。

概要表：

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参考文献

1. Shubham Gupta, Arnab Chanda. Diabot: Development of a Diabetic Foot Pressure Tracking Device. DOI: 10.3390/j6010003

この記事は、以下の技術情報にも基づいています 3515 ナレッジベース .

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