SENSORI DI DEFORMAZIONE PER APPLICAZIONI BIOMEDICALI: DESIGN, STAMPA E CARATTERIZZAZIONE DI ESTENSIMETRI REALIZZATI TRAMITE AEROSOL JET PRINTING

Negli ultimi anni, l'elettronica stampata ha attratto un crescente interesse sia nel mercato che nella ricerca, grazie ai suoi molteplici vantaggi rispetto ai tradizionali metodi di produzione elettronica; in particolare, la tecnologia di Aerosol Jet Printing (AJP) ha dimostrato nel tempo di poter ridurre il peso e le dimensioni dei circuiti elettronici, migliorare l'affidabilità e ridurre i costi e gli sprechi rispetto all'elettronica convenzionale. I tratti distintivi di questa tecnologia risiedono principalmente nella sua capacità di stampare a dimensioni nell'ordine dei micrometri e nella sua non limitazione ai piani bidimensionali, essendo quindi in grado di adattarsi ad una vasta gamma di contesti e settori. Trovano ampio impiego nella elettronica stampata gli estensimetri, strumenti utilizzati per misurare deformazioni e sforzi meccanici in svariati settori, dall'ingegneria all'elettronica; non è da sottovalutare la loro importanza anche nel campo medico, dove vengono impiegati per misurare la deformazione dei tessuti biologici, monitorare lo stress muscolare e valutare la biomeccanica degli arti artificiali. Queste applicazioni biomediche sono essenziali per la produzione di sensori specifici, quanto per lo sviluppo di dispositivi medici avanzati. La stampa di estensimetri può essere soggetta a diversi problemi che richiedono particolare attenzione durante il processo; tra questi ci sono i difetti di stampa, che possono compromettere la precisione e l'affidabilità dell'estensimetro, e la corretta realizzazione delle geometrie, che è fondamentale per garantire le prestazioni desiderate. Inoltre, l'effetto Joule e la tensione di offset rappresentano sfide significative, in quanto possono influenzare la misurazione della deformazione e compromettere l'accuratezza dei risultati. Affrontare queste problematiche richiede un'attenta progettazione e lo studio di soluzioni o metodi di compensazione per garantire la qualità e l'affidabilità dell'estensimetro stampato. Questo elaborato si propone di offrire una trattazione dettagliata sui principi fondamentali degli estensimetri e sulla tecnologia di stampa tramite Aerosol Jet Printing, con l'obiettivo di fornire una comprensione più approfondita del loro funzionamento. Si intende esaminare i vari contesti in cui questi sensori trovano applicazione, ponendo un'attenzione particolare all'utilizzo nel settore medico. Verrà quindi introdotta una definizione chiara di dispositivo medico e poi, attraverso l'analisi di una serie di casi pratici, verranno illustrati i modi in cui gli estensimetri vengono utilizzati nella progettazione e nell'implementazione di tali dispositivi. Il focus si sposterà quindi sulla progettazione di ponti di Wheatstone estensimetrici, seguita da uno studio approfondito da diverse prospettive per risolvere le sfide tecniche precedentemente descritte e le problematiche incontrate durante l'implementazione pratica. Verranno quindi esaminati meticolosamente i principi che guidano la progettazione e verranno descritte in dettaglio le metodologie di caratterizzazione impiegate; questo sarà seguito da un'analisi esaustiva dei risultati ottenuti. Un'attenzione particolare sarà riservata allo sviluppo di un circuito progettato specificamente per compensare la tensione di offset, noto come trimmer.