Kirigami technique for the design of printed flexible capacitive sensors

Résumé

Au cours de la dernière décennie, le domaine de la technologie flexible et portable s’est imposé comme un point central de la recherche et de l’innovation, captivant l’intérêt des scientifiques, des ingénieurs et des professionnels de la santé. Les capteurs et l’électronique flexibles représentent un tournant prometteur dans divers domaines tels que la surveillance médicale, l’interaction homme-machine et le suivi des performances sportives, entre autres. Les capteurs capacitifs constituent une technique prometteuse de détection non invasive qui permet la surveillance ubiquitaire et à long terme des signaux biopotentiels sans nécessiter de préparation technique et de cadre médical. L’exploitation de l’électronique flexible et conformable pour la détection capacitive est une option prometteuse pour améliorer l’intégration transparente de ces types de capteurs dans la vie quotidienne du patient, tout en améliorant également les performances et la qualité de la technique de détection. Dans ce travail, nous proposons la conceptualisation, la réalisation et la caractérisation d’une nouvelle méthode de conception d’électronique hybride flexible pour les capteurs capacitifs, en utilisant le Kirigami. La technique artistique japonaise est explorée comme une technique additive et facile à mettre en oeuvre appliquée à l’électronique imprimée pour améliorer la flexibilité et la conformabilité des électrodes capacitives et permettre l’intégration cohérente de composants rigides sur le capteur sans affecter sa flexibilité. Tout d’abord, différentes versions de conceptions Kirigami ont été réalisées sur une électrode capacitive imprimée. Leur comportement capacitif a été évalué lorsqu’ils étaient appliqués à des plaques secondaires non plates de dimensions diverses, et comparés à l’électrode imprimée non coupée correspondante. Un modèle analytique pour décrire le comportement capacitif de l’électrode flexible Kirigami a ensuite été défini, servant d’outil efficace pour comprendre l’effet de la structure Kirigami sur l’amélioration de la conformabilité, et par conséquent les performances capacitives, de l’électrode. La structure de capteur nouvellement conçue est examinée dans ses caractéristiques électriques les plus importantes : capacité de couplage capacitif, amplitude de transmission du signal et fréquence de coupure. Son comportement en réponse aux artefacts de mouvement les plus courants a été évalué : l’application du capteur sur des corps de formes et de dimensions différentes, et avec différentes pressions appliquées sur le dessus ont été testées, afin de mesurer les variations du signal requis dans les différentes situations. Le comportement triboélectrique du capteur a également été étudié. Le cas où le capteur se détache verticalement d’un corps non plat a été reproduit, et l’effet particulier de la flexibilité du capteur sur la tension triboélectrique résultante a été mesuré. Enfin, le comportement complexe a été examiné et un modèle analytique a été défini, qui constitue un outil puissant pour aider à la compréhension générale du comportement triboélectrique des capteurs flexibles.

Date	26 nov. 2024
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ricardo J. Zednik (Directeur(-trice)) & Ghyslain Gagnon (Codirecteur(-trice))