Progettazione, fabbricazione e validazione sperimentale di un sensore goniometrico capacitivo.

In questa tesi si parla di trasduttori ad elastomero dielettrico, ovvero trasduttori elettromeccanici in grado di convertire energia meccanica in elettrica o viceversa. Grazie alle loro caratteristiche sono applicati in diversi settori come attuatori, generatori o sensori. In questa tesi si affronta nello specifico la modellazione, fabbricazione e validazione sperimentale di un sensore ad elastomero dielettrico (DES), utilizzato come goniometro per la misura degli angoli di giunto corporei, denominato GDES. E' composto da due diversi capacitori interposti da uno strato intermedio elastomerico, capace di misurare l'angolo di flessione del sensore dalla variazione di differenza di capacità. Esistono vari metodi per ricostruire la posizione del corpo umano, come sistemi di visione o l'utilizzo di unità di misura inerziali, in inglese inertial measurement units (IMUs). Queste ultime sono sensori triassiali composti da un accelerometro, un giroscopio e un magnetometro. Vengono posti su segmenti corporei collegati insieme da un giunto, la loro funzione è ricostruire l'angolo relativo tra i due segmenti, come per il GDES, per la ricostruzione dell'orientamento del corpo. Le IMU hanno però diversi limiti, come la perdita di accuratezza causata dagli eventuali campi elettromagnetici presenti nell'ambiente di utilizzo. Per risolvere questo problema, viene proposto come alternativa all'utilizzo delle IMU il GDES, in quanto basato su un principio di funzionamento elettrostatico modellabile come la variazione della capacità elettrica del sistema proporzionale alla variazione dell'angolo di giunto su cui è applicato il sensore. Grazie ad una validazione sperimentale, si dimostra il corretto funzionamento dei GDES tramite un banco prova, sul quale si sono effettuati anche i primi test per un utilizzo ibrido fra GDES e IMU; nella conclusioni verranno presentate le considerazioni principali di questo sistema ibrido e i possibili sviluppi futuri.