• membrane nanocomposite
• nanoparticelle piezoelettriche
• robotica soft
• sensori di pressione
• sensori di deformazione

Questo lavoro di tesi si propone di dimostrare la possibilità di utilizzare materiali nanocompositi avanzati con caratteristiche tunabili per sviluppare sensori innovativi di contatto e deformazione, che funzionino senza il bisogno di essere alimentati.
L’applicazione primaria per cui tali dispositivi sono stati studiati e realizzati, è la sensorizzazione di un manipolatore flessibile a rigidezza variabile per la chirurgia minimamente invasiva (MIS) , che si colloca all’interno del progetto STIFF-FLOP (http://www.stiff-flop.eu/).
Questo tipo di sensori può inoltre aprire nuovi scenari per lo sviluppo di un’innovativa categoria di sensori tattili per pelli artificiali.
Attraverso la combinazione di i) tecniche di sputtering, per la deposizione di sottili strati metallici su substrati plastici, per la formazione di film di elettrodi e ii) procedure di spin-casting, per la deposizione di soluzioni polimeriche nanocomposite, sui substrati plastici metallizzati, si sono realizzate membrane polimeriche sottili e flessibili in polidimetilsilossano (PDMS) dopate con differenti combinazioni di nanoparticelle piezoelettriche, incorporate nella matrice polimerica.
Le particelle piezoelettriche usate come elemento base dei nanocompositi sono titanato di bario (BaTiO3) e ossido di zinco (ZnO); nella matrice sono stati poi aggiunti altri tipi di nanomateriali, quali nanotubi di carbonio (CNTs) e nanotubi di nitruro di boro (BNNTs).
Sfruttando le loro proprietà piezoelettriche , i nanocompositi sono in grado di trasdurre pressioni e deformazioni applicate sulla membrana in segnali elettrici. L’utilizzo di diverse combinazioni di nanomateriali ha permesso di investigare la variabilità del segnale di uscita al fine di modulare opportunamente le performance del sistema.
Inoltre, si è evidenziata la possibilità di variare la rigidezza della matrice stessa, variando il rapporto tra monomero e agente reticolante del PDMS, aggiungendo così un "grado di libertà" (flessibilità della matrice) che permette di ottenere diversi livelli di deformazione.
Le membrane sono state caratterizzate mediante:
- analisi morfologica, attraverso acquisizione di immagini SEM , per investigare l’omogeneità del composito realizzato e la struttura assunta in fase di preparazione;
- analisi meccaniche mediante prove di stress-strain;
- analisi dello spessore mediante misure profilometriche;
- analisi impedenziometriche;
- analisi funzionale, attraverso uno specifico set-up di testing che ha permesso di caratterizzare il comportamento di tali sistemi come sensori di contatto e deformazione.