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Fabrication de capteurs de Force en papier

       

Produisez vos propres capteurs de Force personnalisables pour plus d'efficience à l'aide des resources Papier Logik.

Construisez des surfaces tactiles sensibles à des variations de masses de l'ordre de 10g à plus de 150 kg suivant la zone de pression exploitée.

La combinaison de papiers 1k et 100k permet de produire des capteurs de tous formats offrant une répétabilité et une résolution des mesures optimales*.

1- Production du capteur

1.1- Design de la zone sensible

Les kits de Fabrication contiennent des papiers Kraft adhésifs à utiliser comme support isolant du capteur..

Cette couche va servir de gabarit et va recouvrir les couches conductrices métal et papier pour protéger le capteur mais possiblement aussi servir d'espaceur et / ou de "queue de connection".

=> Dessinez ou imprimez votre design, puis passez àa l'étape 2 pour prendre en compte les zones de connection avant de découper vos formes.

1.2- Conceptualisez les chemins de connection

Visualisez votre gabarit initié en 1.1 tel que le capteur sera implémenté afin de localiser 2 chemins de connection idéaux adaptés à votre configuration. Ces chemins mèneront vers votre pont diviseur et vers les 3 entrées sorties utilisées pour connecter l'ensemble (cf étape 4.2).

Le papier kraft ou tout autre support isolant peut être utilisé pour créer une queue de connection vers le chemin choisi.

=> Finalisez le design de votre Support isolant, Découpez le et dessinez les chemins de connection sur ces supports.

2- Découpe des couches fonctionnelles

2.1- Découpe de la couche sensible 100k

Les kits PLK contiennent des papiers conducteur de grande résistivité de l'ordre de100 kΩ/Sq. Ces feuilles sont utilisées comme barrières piezo-résistives.

De petits capteurs de la taille d'un doigt ne requièrent pas de barrière résistive, mais simplement un espaceur isolant sur les bords de la zone sensible empêchant le contact des 2 couches par défaut.

=> Découpez le morceau de couche resistive du format de votre zone sensible.

2.2- Découpez les couches életrodes

Les kits fournissent également des feuilles de faible résistivité de l'ordre de 1kΩ/Sq qui vont servir de couches électrodes dans le design du capteur.

Dans le cas de grands capteurs, ils vont prendre en sandwich la couche résistive empêchant leur contact direct.

=> Découpez les 2 morceaux de couche resistive du format de votre zone sensible.

2.3- Préparation des lames de métal de connection.

Les kits contiennent des lames de cuivre étamées adhésives à coller sur les couches électrodes et à dérouler vers le chemin de connection choisi. Les lames peuvent être découpées dans la largeur au besoin dans le cas de petits designs. Elles devraient être collées fermement et sur au moins 2cm de papier électrode pour assurer un contact durable.

!! Les 2 connecteurs ne doivent pas se toucher pour ne pas court-circuiter la zone sensible. !!

3- Assemblage des connecteurs.

3.1- Assemblage de la première électrode

Collez la première électrode sur le papier support kraft adhésif prévu support, and the corresponding paper electrodes you just produced:
Collez ensuite votre lame de métal depuis le papier vers votre chemin de connection.

3.2- Ajout de la couche résistive intermédiaire

Posez alors la couche résistive intermédiaire sur la premièere électrode, puis assemblez le tout en le recouvrant des coletrette prévues sur le papier support du dessous.

3.3- Assemblage de la seconde électrode et fermeture des couches

Produisez la seconde électrode de la même façon que pour la première électrode en vous assurant que les 2 lames de connection ne se croiseront pas une fois que cette seconde électrode fera face à l'ensemble précédent.
Vous pouvez alors finaliser la partie fonctionnelle du capteur en plaçant le premier ensemble produit en 3-1 et 3-2 sur cette seconde électrode, et consolidez le tout àa l'aide d'adhésifs ou des colerettes initialement prévues sur le papier support.

3.3- Informations complémentaires:

Un support et une couverture isolante ne sont pas des absolus obligatoires au design, mais ils permettent:
- La stabilité et le renforcement mécanique du capteur.
- La mise a zéro du signal a force nulle, et la garantie d'une gamme de sensibilité exploitable.
- Un design plus solide au niveau du chemin de connection

Les petits capteurs de l'ordre du pouce peuvent s'affranchir de l'Usage du couche résistive intermédiaire si les électrodes sont suffisamment recouvertes par les lames de connection. L'usage d'un espaceur ou de colerettes intégrées sur le papier support sont alors très utiles pour obtenir un interrupteur efficace ou un capteur analogique avec une bonne résolution.

Les connecteurs peuvent être fabriqués à l'aide des lames métalliques. Le ruban fourni dans les kits a une largeur de 0,6 cm et peut facilement être coupé en bandes de 0,2 à 0,3 cm de largeur, en particulier pour les petits capteurs.

4- Pré-Assemblage et Test.

4.1- Test with a Multimeter.

Votre capteur est alors théoriquement fonctionnel mais reste encore fragile. Nous allons pouvoir le tester avant de l'encapsuler et de le solidifier.

=> Utilisez un Ohm-mètre pour lire les valeur de résistance du capteur suivant la force que vous exercez dessus. Cette valeur devrait être supérieure a 100kOhms voir "infinie" et chuter graduellement vers des valeurs de l'ordre du kOhms pour des forces maximales appliquées sur la zone sensible.

Sans multimètre, vous pouvez Implémentez votre capteur dans un circuit simple comme boutton interrupteur entre une Pile et une led.
Si le capteur est muni d'un espaceur, la led ne brillera pas par défault. Sinon, selon la compression initiale à laquelle a été soumise lors de sa production, la led brillera très faiblement par défaut, et brillera de plus en plus fort que vous presserez fortement sur le capteur.

Si votre capteur fonctionne comme prévu, vous pouvez le terminer en le reforçant avec une couche de protection finale au besoin, et l'associer à un pont diviseur pour le connecter à une carte de développement.

4.2- Diviseur de tension, Arduino et Essais

Les cartes Arduino ou systèmes d'acquisition de signal et convertisseurs analogiques-numériques équivalents sont autant d'outils disponibles pour connecter votre capteur à un ordinateur ou à une interface homme-machine.

Il suffit d'implémenter un petit pont diviseur à l'aide d'une résistance de l'ordre de 10 à 50kOhms dans le cas de l'utilisation des papiers 1k et 100k, et de réaliser le montage ci-dessous pour connecter les 2 pins de votre capteurs et obtenir les 3 branchements vers votre carte ( Vin, Ai, et Ground) pour lire un signal correspondant à votre capteur en lisant la pin Ai.

Il est possible également de produire une Résistance avec un morceau de papier conducteur et des lames de métal comme connecteur. Consulter ce tutoriel pour plus d'informations.

5- Finalisation du capteur sous mesure

5.1- Renforcement de la structure

Suivant l'utilisation de votre capteur, celui-ci doit être plus ou moins protégé. La protection offerte par le papier kraft peut s'avérer insuffisante si le capteur est en contact direct avec des frottements et des masses élevées.
Le thermoplastique adhesive contenu dans le kit offrira une couche complémentaire et renforcera votre capteur.

5.2- Connecteurs plus durables

Les connecteurs sont généralement les parties les plus fragiles du capteur et doivent être solidifiées et durables. Si la soudure demeure le meilleur moyen de connecter un câble aux lames de cuivre, il est aussi possible de produire facilement des clips en papier ou de fabriquer un connecteur à l'aide d'un trombone.

6- Applications

6.1- Circuits électroniques

Les petits FSR en papier peuvent par exemple être utilisés comme boutons de contrôle, détecteurs ou comme composant dans des circuits électroniques DIY pour le contrôle de petits appareils à faible puissance. Ils sont également devenus des outils éducatifs et ludiques permettant de redécouvrir à tout age les programmes scolaires officiels en électronique.

6.2- Outils DIY pour Arduinos et autres cartes de développement

Les capteurs FSRs en papier sont utilisables pour la détection, le contrôle ou la mesure de force dans tous types de situation et pour tout équipement d'Acquisition adapté tel que dans l'exemple ci-dessous avec cette télécommande Arduino Bluetooth munie de 2 capteurs faisant office de boutons de lecture avant et arrière pour une présentation powerpoint par exemple.

6.3- Embedded systems and Human Computer Interfaces

Nous explorons de tels concept depuis 10 ans et nous avons produit des centaines de prototypes ayant pour champ d'application les objets connectés et les interfaces homme-machines tels que des instruments de musique numérique, des interfaces de jeux vidéo immersives ou encore des installations domotiques et des appareils de laboratoire.

7- Traitement du Signal

Construire votre propre appareil électronique vous amènera aussi à apprendre un peu de programmation si vous voulez avoir un ensemble d'outils personnalisables pour réinventer vos technologies.

Cela commence par être capable de maîtriser lu pour votre capteur et de l’utiliser de manière adéquate pour surveiller des événements, collecter et analyser des données, et générer en conséquence des consignes pouvant être exploités ou transmis à d’autres ordinateurs et à des logiciels. Ces consignes permettront alors le déclenchement ou le contrôle en temps réel d'évènement sonores, visuels, ou tout autre phénomèene haptique ou sensoriels utilisé pour matérialiser cet évènement via une électronique et une robotique appropriée.

De nombreux projets open source, parmi lesquels Arduino, Rasperry, BeagleBone encore plus accessibles, les logiciels éducatifs Scratch et App Inventor sont d'excellentes ressources accessibles pour découvrir et apprendre de manière ludique et aboutir au monde de la programmation.

8- Get Inspired

8.1- Mapping: turn you signal to Events

Once you know how to read sensors signals and you are able to extract useable information from it, such as a signal increase due to a touch event, you can turn this event into anything that a computer will be able to carry on, such as controlling sounds, visual feedbacks or talking to other connected objects and environment such as smart TV homes or Cars!

This is called mapping and it takes each time to build up softwares to control other hardware events. .

8.1- Unlimitted Applications

Check out the following examples that make you of Paper FSRs for various applications. You may find there each time new Hardware Development Tips & Tricks as well as a few custom softwares based on Max/MSP for each prototype.