Design and characterization of a conductive ink-based pressure sensor for plantar pressures measurements

The aim of the thesis work is to design, realize and test a pressure sensor that can be used to measure plantar pressures in a sensorized insole. After a first phase of definition of requirements, a structure has been defined in which, as a pressure-sensitive element, a conductive ink has been used. In order to define the best sensor configuration, a sampling of different sensors has been realized. These sensors are tested, first, with a series of compression tests to determine the dynamic behavior, then the behavior with respect to changes in environmental conditions (temperature and humidity) is evaluated, and finally they are inserted into a prototype of sensorized insole, with the aim of determining their performances in the real conditions of use. To determine the performances different parameter are computed and then validate by making a comparison with the same parameters computed using an IMU. As a result, a small, thin, and low-cost sensor is obtained, compatible with a device designed to have a large number of sensors. Despite the sensors realized are sensitive to problems such as hysteresis and conditioning, it was possible to use them to calculate parameters related to the phases of the step accurately, when used inside a prototype sensorized insole.

L’obiettivo del lavoro di tesi è quello di progettare, realizzare e testare un sensore di pressione utilizzabile per misurare le pressioni plantare in una soletta sensorizzata. Successivamente ad una prima fase di raccolta dei requisiti, è stata definita una struttura costituita che prevede come elemento sensibile alla pressione l’utilizzo di un inchiostro conduttivo. Al fine di definire la miglior configurazione del sensore è stata realizzata una campionatura di diversi sensori. Tali sensori vengono testati, in primo luogo, con una serie di prove in compressione per determinare il comportamento dinamico, viene poi valutato il comportamento rispetto alle variazioni di condizioni ambientali (temperatura ed umidità), ed infine vengono inseriti in un prototipo di soletta sensorizzata, con lo scopo di determinarne le performances nelle reali condizioni di utilizzo. Per la valutazione di tali performances vengono calcolati parametri relativi al passo e, successivamente, validati tramite il confronto con gli stessi parametri calcolati a partire da dati provenienti da un IMU. Come risultato si ottiene un sensore piccolo, sottile ed economico, compatibile con un dispositivo che prevede un numero elevato di sensori al proprio interno. Nonostante i sensori, così realizzati, risultino sensibili a problematiche come isteresi e condizionamento, è stato possibile utilizzarli per calcolare parametri relativi alle fasi del passo in maniera accurata, quando utilizzati all’interno di un prototipo di soletta sensorizzata.