Published December 17, 2023 | Version v1
Publication Open

A Sprayable Electrically Conductive Edible Coating for Piezoresistive Strain Sensing

  • 1. Center for Nano Science and Technology
  • 2. Italian Institute of Technology
  • 3. Politecnico di Milano
  • 4. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
  • 5. University of Bristol
  • 6. École Polytechnique Fédérale de Lausanne

Description

Abstract Edible electronics leverages the electronic properties of food‐derived materials to deliver safer technologies that can be degraded (or digested) in the environment (or body) at the end‐of‐life. Sensors will be central to future smart edible robots, and edible strain sensors are particularly interesting as they can transduce deformation, providing real time feedback of the movement. Yet, to date edible strain sensors have been limited to the use of ionic conductive hydrogels, resulting in sensors not directly suitable for direct current operation and therefore not compatible with existing edible batteries. Here, the first edible strain sensor based on electronic conduction made of a novel conductive ink sprayed over an edible substrate is presented. The ink formulation consists of activated carbon (conductor), Haribo gummy bears (binder), and water−ethanol mixture (dispersant). The ink, deposited on multiple substrates by spray deposition, produces edible electrically conductive composite coatings with resistivity of ≈50 Ω cm. The coatings were used as a piezoresistive layer to fabricate strain sensors with gauge factors of 19−92 suitable for direct current operation. As a proof‐of‐concept of future edible systems, the sensor is validated by integrating it within a gelatin actuator to produce a sensorized gripper powered by an edible battery.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تستفيد الإلكترونيات القابلة للأكل من الخصائص الإلكترونية للمواد المشتقة من الطعام لتقديم تقنيات أكثر أمانًا يمكن تدهورها (أو هضمها) في البيئة (أو الجسم) في نهايةالحياة. ستكون المستشعرات أساسية للروبوتات الذكية الصالحة للأكل في المستقبل، وستكون مستشعرات الإجهاد الصالحة للأكل مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها يمكن أن تحول التشوه، مما يوفر ردود فعل في الوقت الفعلي للحركة. ومع ذلك، فقد اقتصرت مستشعرات الإجهاد الصالحة للأكل حتى الآن على استخدام الهلاميات المائية الموصلة الأيونية، مما أدى إلى عدم ملاءمة المستشعرات بشكل مباشر لتشغيل التيار المباشر وبالتالي عدم توافقها مع البطاريات الصالحة للأكل الموجودة. هنا، يتم تقديم أول مستشعر إجهاد صالح للأكل يعتمد على التوصيل الإلكتروني المصنوع من حبر موصل جديد يتم رشه على ركيزة صالحة للأكل. تتكون تركيبة الحبر من الكربون المنشط (الموصل)، والدببة الصمغية هاريبو (الرابط)، ومزيج الماء-الإيثانول (المشتت). ينتج الحبر، المترسب على ركائز متعددة عن طريق ترسيب الرذاذ، طلاءات مركبة موصلة للكهرباء صالحة للأكل بمقاومة تبلغ حوالي50 أوم سم. تم استخدام الطلاءات كطبقة مقاومة للضغط لتصنيع مستشعرات الإجهاد بعوامل قياس 19-92 مناسبة للتشغيل المباشر للتيار. كدليل على مفهومالأنظمة الصالحة للأكل في المستقبل، يتم التحقق من صحة المستشعر من خلال دمجه داخل مشغل الجيلاتين لإنتاج قابض مستشعر مدعوم ببطارية صالحة للأكل.

Translated Description (French)

L'électronique comestible abstraite exploite les propriétés électroniques des matériaux d'origine alimentaire pour fournir des technologies plus sûres qui peuvent être dégradées (ou digérées) dans l'environnement (ou le corps) en fin devie. Les capteurs seront au cœur des futurs robots comestibles intelligents, et les capteurs de déformation comestibles sont particulièrement intéressants car ils peuvent transduire la déformation, fournissant une rétroaction en temps réel du mouvement. Pourtant, à ce jour, les capteurs de contrainte comestibles ont été limités à l'utilisation d'hydrogels conducteurs ioniques, ce qui a pour résultat que les capteurs ne sont pas directement adaptés au fonctionnement en courant continu et ne sont donc pas compatibles avec les batteries comestibles existantes. Ici, le premier capteur de contrainte comestible basé sur la conduction électronique fait d'une nouvelle encre conductrice pulvérisée sur un substrat comestible est présenté. La formulation de l'encre se compose de charbon actif (conducteur), d'ours en gomme Haribo (liant) et d'un mélange eau-éthanol (dispersant). L'encre, déposée sur plusieurs substrats par dépôt par pulvérisation, produit des revêtements composites électroconducteurs comestibles avec une résistivité d'environ50 Ω cm. Les revêtements ont été utilisés comme couche piézorésistive pour fabriquer des capteurs de contrainte avec des facteurs de jauge de 19−92 adaptés au fonctionnement en courant continu. En tant que preuvede concept des futurs systèmes comestibles, le capteur est validé en l'intégrant dans un actionneur en gélatine pour produire une pince sensorisée alimentée par une batterie comestible.

Translated Description (Spanish)

Resumen La electrónica comestible aprovecha las propiedades electrónicas de los materiales derivados de los alimentos para ofrecer tecnologías más seguras que pueden degradarse (o digerirse) en el medio ambiente (o el cuerpo) al finalde la vida útil. Los sensores serán fundamentales para los futuros robots comestibles inteligentes, y los sensores de deformación comestibles son particularmente interesantes, ya que pueden transducir la deformación, proporcionando retroalimentación en tiempo real del movimiento. Sin embargo, hasta la fecha, los sensores de deformación comestibles se han limitado al uso de hidrogeles conductores iónicos, lo que resulta en sensores que no son directamente adecuados para el funcionamiento en corriente continua y, por lo tanto, no son compatibles con las baterías comestibles existentes. Aquí se presenta el primer sensor de deformación comestible basado en la conducción electrónica hecho de una novedosa tinta conductora pulverizada sobre un sustrato comestible. La formulación de la tinta consiste en carbón activado (conductor), ositos de goma Haribo (aglutinante) y mezcla de agua y etanol (dispersante). La tinta, depositada sobre múltiples sustratos por deposición por pulverización, produce recubrimientos compuestos comestibles eléctricamente conductores con una resistividad de ≈50 Ω cm. Los recubrimientos se utilizaron como una capa piezorresistiva para fabricar sensores de deformación con factores de calibre de 19-92 adecuados para el funcionamiento en corriente continua. Como pruebade concepto de futuros sistemas comestibles, el sensor se valida integrándolo dentro de un actuador de gelatina para producir una pinza sensorizada alimentada por una batería comestible.

Files

adsr.202300150.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e9d25c4d515cdd6aaf41694e958854d4
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طلاء صالح للأكل قابل للرش وموصل كهربائيًا لاستشعار الإجهاد المقاوم للضغط
Translated title (French)
Un revêtement comestible électroconducteur pulvérisable pour la détection de déformation piézorésistive
Translated title (Spanish)
Un recubrimiento comestible pulverizable eléctricamente conductor para la detección de deformaciones piezorresistivas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4389861038
DOI
10.1002/adsr.202300150

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W2014968390
  • https://openalex.org/W2144511159
  • https://openalex.org/W2397817832
  • https://openalex.org/W2562549995
  • https://openalex.org/W2570114842
  • https://openalex.org/W2574015999
  • https://openalex.org/W2610123599
  • https://openalex.org/W2744975896
  • https://openalex.org/W2804099408
  • https://openalex.org/W2887234565
  • https://openalex.org/W2922160274
  • https://openalex.org/W2948646562
  • https://openalex.org/W2991884820
  • https://openalex.org/W3014519360
  • https://openalex.org/W3018279985
  • https://openalex.org/W3034432356
  • https://openalex.org/W3035230999
  • https://openalex.org/W3045913785
  • https://openalex.org/W3083544641
  • https://openalex.org/W3107169888
  • https://openalex.org/W3112747941
  • https://openalex.org/W3156169965
  • https://openalex.org/W3194072080
  • https://openalex.org/W4205175016
  • https://openalex.org/W4210807209
  • https://openalex.org/W4213324667
  • https://openalex.org/W4214679666
  • https://openalex.org/W4285393871
  • https://openalex.org/W4287219268
  • https://openalex.org/W4288888839
  • https://openalex.org/W4294215972
  • https://openalex.org/W4308914262
  • https://openalex.org/W4309552896
  • https://openalex.org/W4313244361
  • https://openalex.org/W4313491431
  • https://openalex.org/W4324304914
  • https://openalex.org/W4366816375
  • https://openalex.org/W4377289553
  • https://openalex.org/W4377695611
  • https://openalex.org/W4378650852
  • https://openalex.org/W4383212248
  • https://openalex.org/W4384134173
  • https://openalex.org/W4386211270
  • https://openalex.org/W4388098557