Piezoelektrik Tabanlı Dokunsal Algılayıcı Tasarımı - Akça, Emre (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012)
İnsanlardaki dokunma duyusu, dokunsal algılayıcıların ana ilham kaynağı olmuştur. Bu çalışmadaki amaç ise dokunma duyusuna yakınsayacak yeni nesil sentetik polimer fiber dizisinin tasarımı ve üretimidir. Bu fiber dizisinin üzerindeki basınç dağılımını algılaması amaçlanmaktadır. Tasarlanan fiber dizisinin hem yüzey pürüzlülüğüne adapte olabilen biyolojiden esinlenilmiş fiber yapısının bulunması, hem de oluşan temas ile ortaya çıkan basıncı elektriksek potansiyel farka çevirebilecek piezoelektrik ince tabakaya sahip olması gerekmektedir. Yapılan çalışmada basıncı algılama kabiliyetine sahip PVDF piezoelektrik tabakaya ilave edilmiş PDMS polimer düşey fiber dizisini sonlu eleman metodu kullanılarak analizi yapılmıştır. Piezoelektrik polimer uygulanan kuvvet sonucunda elektriksek potansiyel farkı yaratmaktadır. Bu potansiyel fark mikro/nano polimer fiberler sayesinde ayrıştırılabilir ve bu ayrıştırma polimer tabaka üzerindeki basıncın haritalandırılmasına yarar. Tasarlanan algılayıcıda PDMS polimerden üretilmiş fiberlerin çıkış voltajına ve insan elinin uzamsal çözünürlüğe yakınsamasındaki boyutsal değişkenlere etkisi araştırılmıştır. Tüm bu tasarım ölçütlerinin sağlanabilmesi statik ve dinamik çalışma koşullarının incelenmesi ve dokunma algısının altında yatan nörofizyolojinin özümsenmesini içermektedir. Piezoelektrik polimerin elektrotlanması sayesinde gecko ayaklarının yapışma ve yüzeyi tanıma özelliği taklit edilmeye çalışılmıştır. Fiberlerin geometrileri sayesinde basıncın belli bir alana yoğunlaştırılması sağlanmış bu sayede birim kuvvete elde edilecek potansiyel farkın artırılması ve algılayıcının hassasiyetinin artırımı sağlanmıştır. Fakat piezoelektrik PVDF polimerin yüzey enerjisinin diğer polimerlere oranla daha düşük kalmasından dolayı yapışma özelliği yetersiz kalmaktadır. Bu ise üzerine yerleştirilmiş PDMS ya da PMMA gidi sık kullanılan polimerler sayesinde telafi edilmiştir.

The human sense of touch is the main inspiration to tactile sensing. The aim of this thesis is to design and manufacture a novel synthetic polymer fiber array with sensing capability of the pressure distribution. The polymer fiber array has both bio-inspired fibrillar structures that can adapt to the surface roughness and polymer piezoelectric film that can generate potential difference proportional to the pressure generated by the contact with the surrounding. In this work, the sensing capability of polyvinylidene fluoride (PVDF) piezoelectric film integrated with PDMS (Polydimethylsiloxane) polymer vertical fiber array has been analyzed using finite element method (FEM). Piezoelectric polymer generates electric potential difference with the applied force, which can be decoupled by the micro/nano polymer pillars, results in the mapping of the pressure distribution among the polymer film. The contribution of the pillars, made out of PDMS (Polydimethylsiloxane), to the output voltage and the dimensional parameters are examined for a satisfactory design that can meet the spatial resolution of the human hand. In order to meet all design requirements, the sensor design should include the static and dynamic analysis and understanding of neurophysiology of touch. By electroding the polymer film, it is aimed to mimic the adhesion and surface adaptation characteristics of the foot of gecko. The geometry of the fiber increases the pressure concentration and the sensitivity of the sensor. However, since the surface energy of PVDF polymer is low, polymers like PDMS or PMMA have been used to compensate the drawback.
Design Of A Piezoelectric Tactile Sensor
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012
Keywords: Dokunsal algılayıcı; polimer fiber dizisi; basınç dağılımı; Tactile sensor; polymer fiber array; pressure distribution