Il poliuretano termoplastico (TPU) funge da materiale di base ottimale per i sensori di monitoraggio dell'andatura principalmente grazie alla sua classificazione come elastomero polimerico ad alte prestazioni. Offre una combinazione unica di eccezionale resistenza alla trazione, resistenza allo strappo e un elevato tasso di allungamento, consentendo ai sensori di funzionare in modo affidabile sotto lo stress meccanico del movimento umano.
Il TPU offre la durata e l'elasticità necessarie per colmare il divario tra l'elettronica fragile e la natura dinamica del corpo umano. La sua stabilità chimica garantisce prestazioni costanti anche quando esposto alle dure realtà degli ambienti atletici, come la forte sudorazione.
Prestazioni meccaniche in movimento
Resistenza all'estensione articolare
Il monitoraggio dell'andatura richiede un materiale che possa muoversi esattamente come fa il corpo, senza limitare il movimento o rompersi. Il TPU vanta un elevato tasso di allungamento, che lo rende particolarmente adatto a questo compito.
Durata ad alta frequenza
Durante la camminata o la corsa, i sensori subiscono stress ripetitivi. Il TPU è in grado di resistere a stiramenti ad alta frequenza di circa il 20 percento, che si allineano perfettamente con il tipico intervallo di estensione del movimento articolare umano.
Resilienza strutturale
Il materiale offre un'eccezionale resistenza alla trazione e allo strappo. Ciò garantisce che il sensore mantenga la sua integrità strutturale anche quando sottoposto alle forze di ritorno improvviso e alla torsione tipiche dei movimenti atletici complessi.
Stabilità ambientale e longevità
Resistenza chimica
I sensori indossabili sono inevitabilmente esposti alla pelle e al sudore dell'utilizzatore. Il TPU si distingue per la sua resistenza all'olio e stabilità chimica, prevenendo il degrado causato dagli oli cutanei o dai contaminanti ambientali.
Garantire una lunga durata di servizio
Poiché resiste al degrado causato dalla sudorazione e dallo stress fisico, il TPU prolunga la durata operativa del sensore. Rimane affidabile nel tempo, anche in ambienti che comportano forte sudorazione e rigorosa attività fisica.
Considerazioni per l'applicazione
Corrispondenza delle capacità di allungamento
Sebbene il TPU sia altamente elastico, è specificamente notato per la gestione di allungamenti di circa il 20 percento. Gli ingegneri devono assicurarsi che l'applicazione prevista non richieda un allungamento significativamente superiore a questa soglia, poiché ciò potrebbe influire sull'accuratezza o sul recupero del sensore.
Ambiente di applicazione
Il TPU è scelto per la sua stabilità chimica contro la sudorazione. Tuttavia, per applicazioni che comportano l'esposizione a solventi o sostanze chimiche al di fuori dei normali fluidi biologici (sudore/olio), è necessario verificare la specifica compatibilità chimica del grado di TPU.
Ottimizzazione del design del sensore
Quando si valutano i materiali per il monitoraggio dell'andatura, considerare i requisiti specifici di prestazione:
- Se il tuo obiettivo principale è l'affidabilità meccanica: il TPU fornisce l'elevata resistenza alla trazione e allo strappo necessarie per sopravvivere ai movimenti articolari ripetitivi.
- Se il tuo obiettivo principale è la durabilità ambientale: la resistenza all'olio del materiale garantisce che il sensore non si degradi prematuramente a causa della forte sudorazione durante l'uso atletico.
Sfruttando i punti di forza fisici e chimici del TPU, si garantisce che il sistema di monitoraggio dell'andatura fornisca dati coerenti in condizioni reali.
Tabella riassuntiva:
| Caratteristica chiave | Vantaggio per i sensori di andatura | Impatto sulle prestazioni |
|---|---|---|
| Elevato allungamento | Resiste a circa il 20% di allungamento | Corrisponde all'estensione naturale delle articolazioni umane |
| Resistenza alla trazione | Resiste al ritorno improvviso e alla torsione | Garantisce l'integrità strutturale del sensore in movimento |
| Stabilità chimica | Resistenza all'olio e alla sudorazione | Previene il degrado da sudore e oli cutanei |
| Resistenza allo strappo | Durata ad alta frequenza | Prolunga la durata di servizio sotto stress ripetitivo |
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Riferimenti
- Xiaoyan Yan. A flexible pressure sensor based on electrospun fiber for gait monitoring in football training. DOI: 10.1063/5.0169868
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da 3515 Base di Conoscenza .
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