Forskere udvikler strækbare, berøringsfølsom elektronik

Af de mange måder, mennesker giver mening om vores verden - med vores øjne, ører, næse og mund - ingen er måske mindre værdsat end vores taktile og alsidige hænder. Takket være vores følsomme fingerspidser, vi kan mærke varmen, før vi rører ved flammen, eller fornem blødheden af ​​en nyfødt kind.

Men mennesker med protetiske lemmer lever i en verden uden berøring. Gendannelse af denne fornemmelse har været en drivkraft bag Stanford-kemiingeniøren Zhenan Baos årtiers lange søgen efter at skabe strækbare, elektronisk følsomme syntetiske materialer. Et sådant gennembrud kan en dag tjene som hudlignende belægninger til proteser. Men på kort sigt, den samme teknologi kunne blive grundlaget for udviklingen af ​​en ny genre af fleksibel elektronik, der står i skarp kontrast til stive smartphones, som mange af os bærer, forsigtigt, i vores baglommer.

Nu, i en 19. februar Natur papir, Bao og hendes team beskriver to tekniske firsts, der kunne bringe dette 20-årige mål til virkelighed:skabelsen af ​​en strækbar, polymer kredsløb med integrerede berøringssensorer til at detektere det sarte fodaftryk af en kunstig mariehøne. Og selvom denne tekniske præstation er en milepæl, Sekundet, og mere praktisk, forhånd er en metode til masseproduktion af denne nye klasse af fleksible, strækbar elektronik - et kritisk skridt på vejen til kommercialisering, Sagde Bao.

"Forskning i syntetisk hud og fleksibel elektronik er nået langt, men indtil nu havde ingen demonstreret en proces til pålidelig fremstilling af strækbare kredsløb, "Sagde Bao.

Baos håb er, at producenterne en dag kan lave ark af polymerbaseret elektronik indlejret i en bred vifte af sensorer, og til sidst forbinde disse fleksible, flerbrudskredsløb med en persons nervesystem. Et sådant produkt ville være analogt med det langt mere komplekse biokemiske sensoriske netværk og overfladebeskyttelse "materiale", som vi kalder menneskelig hud, som ikke kun kan mærke berøring, men temperatur og andre fænomener, såvel. Men længe før kunstig hud bliver mulig, processerne rapporteret i dette Natur papir gør det muligt at oprette foldbare, strækbare berøringsskærme, elektronisk tøj eller hudlignende plastre til medicinske anvendelser.

Lag for lag

Bao sagde, at deres produktionsproces involverer flere lag af new age-polymerer, nogle der giver materialets elasticitet og andre med indviklede mønstrede elektroniske masker. Stadig, andre tjener som isolatorer til at isolere det elektronisk følsomme materiale. Et trin i produktionsprocessen involverer brugen af ​​en inkjetprinter til, i det væsentlige, male på visse lag.

"Vi har konstrueret alle disse lag og deres aktive elementer til at fungere fejlfrit, "sagde post-doktorand Sihong Wang, medlederforfatter af papiret.

Holdet har med succes formet sit materiale i firkanter på cirka to tommer på en side, der indeholder mere end 6, 000 individuelle signalbehandlingsenheder, der fungerer som syntetiske nerveender. Alt dette er indkapslet i et vandtæt beskyttende lag.

Prototypen kan strækkes til at fordoble sine originale dimensioner - og tilbage igen - alt imens den bevarer sin evne til at lede elektricitet uden revner, delaminering eller rynker. For at teste holdbarhed, holdet strakte en prøve mere end tusinde gange uden væsentlig skade eller tab af følsomhed. Den rigtige test kom, da forskerne holdt deres prøve på en menneskelig hånd.

"Det fungerer godt, selv på uregelmæssigt formede overflader, "sagde postdoktor Jie Xu, og papirets anden medforfatter.

Måske mest lovende af alle, fremstillingsprocessen beskrevet i dette papir kan blive en platform til evaluering af andre strækbare elektroniske materialer udviklet af andre forskere, der en dag kunne begynde at erstatte nutidens stive elektronik.

Bao sagde, at meget arbejde venter, før disse nye materialer og processer er lige så allestedsnærværende og i stand til at være stive siliciumkredsløb. Først op, hun sagde, hendes team skal forbedre den elektroniske hastighed og ydeevne af deres prototype, men dette er et lovende trin.

"Jeg tror, ​​vi er på nippet til en helt ny verden af ​​elektronik, "Sagde Bao.