कृत्रिम बुद्धिमत्ता और इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) प्रौद्योगिकियों के गहन एकीकरण और विकास के साथ, लचीले और स्ट्रेचेबल स्ट्रेन सेंसर ने मानव गति का पता लगाने, चिकित्सा निदान, मानव कंप्यूटर इंटरैक्शन और इलेक्ट्रॉनिक त्वचा में अपने संभावित अनुप्रयोगों के कारण व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। स्ट्रेन सेंसर विभिन्न संवेदी तंत्रों के माध्यम से यांत्रिक उत्तेजनाओं को विद्युत संकेतों जैसे प्रतिरोध या कैपेसिटेंस में परिवर्तित करके काम करते हैं। इनमें से, प्रतिरोधक स्ट्रेन गेज अपनी उच्च संवेदनशीलता, कम लागत, सरल संरचना और पढ़ने में आसानी के कारण अनुसंधान हॉटस्पॉट बन गए हैं।
वर्तमान में, उच्च प्रदर्शन वाले लचीले स्ट्रेन सेंसर बनाने की सामान्य रणनीतियों में से एक में उच्च संवेदनशीलता और कम पहचान सीमा प्राप्त करने के लिए लोचदार सब्सट्रेट की सतह पर सूक्ष्म माइक्रोस्ट्रक्चर जैसे माइक्रोपाइरामिड, फोल्ड और माइक्रोकॉलम शामिल करना शामिल है। हालाँकि, पारंपरिक माइक्रोस्ट्रक्चर निर्माण विधियों जैसे कि मोल्डिंग, फोटोलिथोग्राफी और सेल्फ असेम्बली में अक्सर बोझिल, समय लेने वाली और महंगी प्रक्रियाएँ शामिल होती हैं, जो तेजी से निर्माण और सेंसर के बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। इसके विपरीत, लेज़र प्रोसेसिंग तकनीक उच्च गति, उच्च दक्षता, मास्क मुक्त संचालन, कम लागत और उच्च लचीलेपन के लाभों के कारण लचीले इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के निर्माण के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करती है। फिर भी, उच्च संवेदनशीलता, उच्च खिंचाव, उच्च रैखिकता, तेज प्रतिक्रिया, कम हिस्टैरिसीस और दीर्घकालिक स्थिरता वाले स्ट्रेन सेंसर को प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से लेजर प्रसंस्करण रणनीतियों पर निर्भर रहना एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है। सरल, कम लागत वाली निर्माण स्थितियों के तहत इन गुणों का सहक्रियात्मक अनुकूलन कैसे प्राप्त किया जाए यह वर्तमान शोध में एक मुख्य चुनौती बनी हुई है।
गुआंग्डोंग यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी में मैकेनिकल और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग स्कूल से झी ज़ियाओझू के नेतृत्व वाली टीम ने उच्च संवेदनशीलता, खिंचाव और अच्छी स्थिरता के साथ एक स्ट्रेन सेंसर विकसित करने के लिए एक सरल, लागत प्रभावी और कुशल तरीका प्रस्तावित किया है। 3डी प्रिंटिंग के साथ लेजर डायरेक्ट राइटिंग तकनीक को जोड़कर, उन्होंने सफलतापूर्वक एक पी-पीडीएमएस लचीला स्ट्रेन सेंसर बनाया।
इस अध्ययन ने एक कम लागत और स्केलेबल विनिर्माण रणनीति विकसित की है जो विभिन्न प्रकार के पैटर्न वाले पीडीएमएस (पी - पीडीएमएस) लचीले स्ट्रेन सेंसर तैयार करने के लिए लेजर डायरेक्ट राइटिंग और 3 डी प्रिंटिंग तकनीक को जोड़ती है। हमने विस्तृत स्ट्रेन रेंज में उच्चतम संवेदनशीलता वाले सेंसर तैयार करने के लिए लेजर प्रोसेसिंग और 3डी प्रिंटिंग जैसे विनिर्माण मापदंडों को अनुकूलित किया है। स्कैनिंग आवृत्ति 100kHz, पल्स ऊर्जा 1.46μJ, स्कैनिंग गति 5mm/s और मुद्रण गति 2.5mm/s के प्रक्रिया मापदंडों के तहत, समग्र माइक्रोस्ट्रक्चर के साथ तैयार सेंसर अत्यधिक रैखिक संवेदनशीलता प्रदर्शित करता है। विशेष रूप से, कंपोजिट माइक्रोस्ट्रक्चर (पीसीएम) लचीले स्ट्रेन सेंसर की संवेदनशीलता पैटर्न वाले सिंगल माइक्रोस्ट्रक्चर (पीएसएलएम) सेंसर की तुलना में 159% अधिक है और अनपैटर्न वाले सेंसर की तुलना में 339% अधिक है। गतिशील प्रतिक्रिया के संदर्भ में, सेंसर का प्रतिक्रिया समय 140ms (पैटर्नलेस सेंसर के लिए 362ms और एकल माइक्रोस्ट्रक्चर सेंसर के लिए 244ms की तुलना में) है, जिसमें हिस्टैरिसीस गुणांक 0.023 जितना कम और उत्कृष्ट चक्र स्थिरता है। इसके अलावा, यह स्थिर तापमान प्रतिक्रिया और 0.0125% की अति कम पहचान सीमा प्रदर्शित करता है। इसलिए, हमारे स्ट्रेन सेंसर का उपयोग उंगलियों, कलाई, घुटनों और कोहनी की गतिविधियों सहित विभिन्न प्रकार की मानवीय गतिविधियों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। लेजर प्रत्यक्ष लेखन पद्धति में सरलता, दक्षता और कम लागत के फायदे भी हैं, और यह पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के क्षेत्र में काफी संभावनाएं दिखाती है।
