Sensores inteligentes em eletrónica flexível para aplicações no interior automóvel

Abstract

A temática desta dissertação surge da necessidade de encontrar alternativas para a integração de sensores inteligentes no interior de veículos automóveis, utilizando eletrónica flexível, através do processo industrial FIP (Foam In Place). Para isso, foi considerada a sensorização triboelétrica. A exploração do efeito triboelétrico marcou o ponto de partida da investigação, com a reutilização de materiais excedentários provenientes da construção de automóveis. Esta abordagem possibilitou o desenvolvimento de um nanogerador triboelétrico flexível, constituído por látex e grafeno, o qual foi projetado para desempenhar a função de sensor de ocupação. Este sensor de ocupação triboelétrico autoalimentado, de 25 cm2, gera um sinal de saída em resposta à força exercida sobre o mesmo. Foi realizada uma caracterização detalhada deste sensor em função da carga associada, para uma melhor compreensão do seu funcionamento. Obtendo-se um sinal de saída com um pico de potência de aproximadamente 3,75 mW. Com base neste sensor triboelétrico, foi desenvolvido e implementado um sistema de deteção de ocupação para o interior de veículos automóveis, baseado numa placa de circuito impresso flexível. Este sistema é capaz de identificar diversos padrões de movimento. Além disso, o sinal de saída do sistema depende da força exercida no sensor triboelétrico integrado no banco do automóvel. Este sensor permite reduzir o impacto ambiental, aproveitando excedentes da indústria automóvel, bem como se mostra vantajoso para aplicações de baixo consumo energético. O desenvolvimento destes sensores apresentou uma abordagem inovadora e efetiva para atingir a sensorização desejada.

The subject of this dissertation arises from the need to find alternatives for the integration of intelligent sensors inside cars, using flexible electronics, through the industrial FIP process (Foam In Place). To this end, triboelectric sensing was considered. Exploring the triboelectric effect marked the starting point of the research, with the reuse of surplus materials from car manufacturing. This approach made it possible to develop a flexible triboelectric nanogenerator made of latex and graphene, which was designed to perform the function of an occupancy sensor. This 25 cm2 self-powered triboelectric occupancy sensor generates an output signal in response to the force exerted on it. A detailed characterization of this sensor in relation to the associated load was carried out in order to better understand how it works. An output signal with a peak power of approximately 3.75 mW was obtained. Based on this triboelectric sensor, an occupancy detection system for car interiors was developed and implemented, based on a flexible printed circuit board. This system is capable of identifying various movement patterns. In addition, the system’s output signal depends on the force exerted on the triboelectric sensor integrated into the car seat. This sensor makes it possible to reduce environmental impact by using surpluses from the automotive industry, as well as being advantageous for low-energy applications. The development of these sensors presented an innovative and effective approach to achieving the desired sensorization.