Thermoplastisches Polyurethan (TPU) dient als optimales Basismaterial für Gait-Monitoring-Sensoren, hauptsächlich aufgrund seiner Klassifizierung als Hochleistungspolymer-Elastomer. Es bietet eine einzigartige Kombination aus außergewöhnlicher Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und hoher Dehnungsrate, wodurch Sensoren unter der mechanischen Belastung menschlicher Bewegungen zuverlässig funktionieren können.
TPU bietet die notwendige Haltbarkeit und Elastizität, um die Lücke zwischen empfindlicher Elektronik und der dynamischen Natur des menschlichen Körpers zu schließen. Seine chemische Stabilität gewährleistet eine konstante Leistung, selbst wenn es den rauen Bedingungen im sportlichen Umfeld ausgesetzt ist, wie z. B. starkem Schweiß.
Mechanische Leistung in Bewegung
Widerstandsfähigkeit gegen Gelenkstreckung
Das Gait-Monitoring erfordert ein Material, das sich genau wie der Körper bewegt, ohne die Bewegung einzuschränken oder zu brechen. TPU weist eine hohe Dehnungsrate auf, was es für diese Aufgabe besonders geeignet macht.
Haltbarkeit bei hoher Frequenz
Beim Gehen oder Laufen werden Sensoren wiederholten Belastungen ausgesetzt. TPU kann einer hochfrequenten Dehnung von etwa 20 Prozent standhalten, was perfekt zum typischen Dehnungsbereich der menschlichen Gelenkbewegung passt.
Strukturelle Belastbarkeit
Das Material bietet eine außergewöhnliche Zugfestigkeit und Reißfestigkeit. Dies stellt sicher, dass der Sensor auch den Rückstellkräften und Torsionen standhält, die für komplexe sportliche Bewegungen typisch sind.
Umweltstabilität und Langlebigkeit
Chemische Beständigkeit
Wearable Sensoren sind unweigerlich der Haut und dem Schweiß des Trägers ausgesetzt. TPU zeichnet sich durch seine Ölbeständigkeit und chemische Stabilität aus und verhindert so eine Degradation durch Hautöle oder Umweltschadstoffe.
Gewährleistung einer langen Lebensdauer
Da es widerstandsfähig gegen den Abbau durch Schweiß und physische Belastung ist, verlängert TPU die Betriebslebensdauer des Sensors. Es bleibt auch in Umgebungen mit starkem Schwitzen und intensiver körperlicher Aktivität über die Zeit zuverlässig.
Anwendungsüberlegungen
Anpassung der Dehnungsfähigkeiten
Obwohl TPU hochelastisch ist, ist es speziell für Dehnungen von etwa 20 Prozent bekannt. Ingenieure müssen sicherstellen, dass die beabsichtigte Anwendung keine Dehnung erfordert, die diesen Schwellenwert erheblich überschreitet, da dies die Genauigkeit oder Rückstellung des Sensors beeinträchtigen kann.
Anwendungsumgebung
TPU wird wegen seiner chemischen Stabilität gegenüber Schweiß gewählt. Für Anwendungen, die eine Exposition gegenüber Lösungsmitteln oder Chemikalien außerhalb typischer Körperflüssigkeiten (Schweiß/Öl) beinhalten, sollte jedoch die spezifische chemische Kompatibilität der TPU-Güteklasse überprüft werden.
Optimierung Ihres Sensordesigns
Berücksichtigen Sie bei der Bewertung von Materialien für das Gait-Monitoring Ihre spezifischen Leistungsanforderungen:
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf mechanischer Zuverlässigkeit liegt: TPU bietet die hohe Zugfestigkeit und Reißfestigkeit, die erforderlich sind, um wiederholte Gelenkbewegungen zu überstehen.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Umweltbeständigkeit liegt: Die Ölbeständigkeit des Materials stellt sicher, dass der Sensor bei sportlicher Nutzung durch starken Schweiß nicht vorzeitig abgebaut wird.
Durch die Nutzung der physikalischen und chemischen Stärken von TPU stellen Sie sicher, dass Ihr Gait-Monitoring-System unter realen Bedingungen konsistente Daten liefert.
Zusammenfassungstabelle:
| Hauptmerkmal | Vorteil für Gait-Sensoren | Auswirkung auf die Leistung |
|---|---|---|
| Hohe Dehnung | Hält ca. 20 % Dehnung stand | Entspricht der natürlichen Gelenkstreckung des Menschen |
| Zugfestigkeit | Widersteht Rückstellkräften und Torsion | Gewährleistet die strukturelle Integrität des Sensors in Bewegung |
| Chemische Stabilität | Öl- und Schweißbeständigkeit | Verhindert Degradation durch Schweiß und Hautöle |
| Reißfestigkeit | Haltbarkeit bei hoher Frequenz | Verlängert die Lebensdauer unter wiederholter Belastung |
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Referenzen
- Xiaoyan Yan. A flexible pressure sensor based on electrospun fiber for gait monitoring in football training. DOI: 10.1063/5.0169868
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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