Triboelectric Sensing for Soft Robots

I nanogeneratori triboelettrici sono una promettente tecnologia in grado di convertire l'energia meccanica dall'ambiente esterno in energia elettrica ad elevate efficienze. La versatilità di design, le elevate densità superficiali di potenza ottenibili, la facilità di costruzione e il vantaggio non trascurabile di essere molto adattabili allo sfruttamento delle più diverse fonti di energia meccanica per la conversione rendono questi dispositivi particolarmente interessanti nei settori della produzione di energia e dell’accumulo di energia, in aggiunta o in sostituzione delle comuni batterie elettrochimiche. Negli ultimi anni, i ricercatori di tutto il mondo sono stati in grado di migliorare ulteriormente le capacità incoraggianti dei nanogeneratori triboelettrici, i cui potenziali campi di utilizzo sono diventati di conseguenza più ampi e vari. Come fonti di energia, sono stati utilizzati (Yang Wang et al. 2017) in dispositivi elettronici indossabili e portatili per fornire energia elettrica convertendo l'energia meccanica raccolta dal movimento del corpo umano. Come sensori della pelle, sono stati utilizzati (Minjeong Ha et al. 2015) per rilevare stimoli esterni convertendo le forze meccaniche in output elettrici. La possibilità di generare output elettrici da forze meccaniche esterne si è dimostrata essere una proprietà di grande interesse nel valutare la deformazione di oggetti per i quali i dispositivi triboelettrici potrebbero funzionare come sensori di deformazione. In questa tesi, questa proprietà viene utilizzata per sviluppare un sensore di deformazione triboelettrica per attuatori pneumatici morbidi. Questi attuatori, noti anche come “soft robot”, sono utilizzati in quelle situazioni in cui i robot tradizionali potrebbero risultare non particolarmente idonei, come l'assistenza chirurgica o le interazioni uomo-robot (robot indossabili, protesi). Il lavoro sarà diviso in tre fasi. Una prima fase che descrive tutti i passaggi seguiti nella progettazione e nell'assemblaggio dei robot soft e dei dispositivi triboelettrici e nei successivi sforzi per l’incorporamento del sensore triboelettrico all’interno del robot soft. Una seconda fase in cui viene sviluppato un modello nell'ambiente di simulazione per studiare il comportamento del sensore incorporato nel robot durante i cicli di sollecitazione corrispondenti al riempimento delle camere del robot. Un'ultima fase in cui vengono testati i prototipi costruiti nella prima fase e in cui i risultati di questo test sperimentale vengono confrontati con i risultati della simulazione, in modo che sia possibile determinare la correlazione esistente tra spostamento e potenza elettrica durante il riempimento delle camere del robot.