In vielen Situationen ist es wichtig zu wissen, wie viel Kraft ein Objekt auf ein anderes ausübt. Wir haben einen kleinen, dünnen Aufkleber entwickelt, um diese Art von Daten zu messen und zu liefern, ohne dass Kabel oder Batterien erforderlich sind. Wissenschaftler der University of California in San Diego entwickeln das Gerät namens ForceSticker. Unter anderem könnte es eingesetzt werden, um das Gewicht gestapelter Pakete in Lagerhallen zu überwachen, um sicherzustellen, dass künstliche Knie den angrenzenden Knorpel nicht beschädigen, und um Robotern sogar einen Tastsinn zu verleihen.
Das Herzstück des ForceSticker ist ein Kondensator, etwa so groß wie ein Reiskorn. Es besteht aus einer flexiblen Polymerfolie, die zwischen zwei leitfähigen Kupferstreifen liegt. Wenn Kraft auf den Aufkleber ausgeübt wird, komprimiert sich das Polymer und bringt die beiden Kupferstreifen einander näher. Dadurch erhöht sich die Ladungsmenge im Kondensator.
Die andere Hauptkomponente des ForceSticker ist das RFID-Tag (Radio Frequency Identification), das vorübergehend durch ein Funksignal mit Strom versorgt wird, das von einem tragbaren RFID-Lesegerät ausgesendet wird. Über eine integrierte Antenne sendet der Tag ein verändertes Signal zurück an das Lesegerät – das Signal enthält nun Informationen über den aktuellen Ladezustand des Verbindungskondensators. Eine kundenspezifische Software wandelt diese Daten dann in Messungen externer Kräfte um.
Durch Ändern der Weichheit und Härte des im Kondensator verwendeten Polymers ist es möglich, einen ForceSticker mit sehr hoher Empfindlichkeit zu erstellen, der sich für die Messung kleinerer Kräfte eignet, oder einen weniger empfindlichen, der sich für die Messung größerer Kräfte eignet. In den aktuellen Tests wurden hochempfindliche Aufkleber verwendet, um die Kraft auf das Kniegelenk des Modells zu überwachen, während weniger empfindliche Aufkleber verwendet wurden, um das Gewicht verschiedener großer Gegenstände in der Box zu überwachen.
In beiden Fällen blieben ForceStickers auch nach mehr als 10.000 Krafteinwirkungen wirksam. Die Aufkleber sind außerdem relativ günstig in der Herstellung und kosten etwa 2 US-Dollar pro Stück. Diese Zahl dürfte deutlich sinken, wenn die Produktion ausgeweitet wird. Darüber hinaus können Benutzer irgendwann ihre Smartphones anstelle dedizierter RFID-Lesegeräte verwenden.
Chefwissenschaftler Professor Dinesh Bharadia sagte: „Menschen haben eine angeborene Fähigkeit, Kraft zu spüren. Die Bereitstellung dieser Art von Krafterkennungsfähigkeit für elektronische Geräte und medizinische Implantate könnte für viele Branchen von entscheidender Bedeutung sein.“
Ein Artikel zu dieser Forschung wird auf der UbiComp2023-Konferenz in Mexiko vorgestellt.