En ny sensor til lys, varme og berøring

Inspireret af opførsel af naturlig hud, forskere ved Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har udviklet en sensor, der vil være egnet til brug med elektronisk hud. Det kan måle ændringer i kropstemperatur, og reagerer på både sollys og varm berøring.

Robotik, proteser, der reagerer på berøring, og sundhedsovervågning er tre områder, hvor forskere globalt arbejder på at udvikle elektronisk hud. De vil have sådan hud til at være fleksibel og have en eller anden form for følsomhed. Forskere ved Laboratory of Organic Electronics ved Linköping University har nu taget skridt i retning af et sådant system ved at kombinere flere fysiske fænomener og materialer. Resultatet er en sensor, der, ligner menneskelig hud, kan fornemme temperaturvariation, der stammer fra berøring af en varm genstand, samt varmen fra solstråling.

"Vi er blevet inspireret af naturen og dens metoder til at mærke varme og stråling", siger Mina Shiran Chaharsoughi, doktorand i gruppen Organic Photonics and Nano-optics på Laboratory of Organic Electronics.

Sammen med kollegerne har hun udviklet en sensor, der kombinerer pyroelektriske og termoelektriske effekter med et nano-optisk fænomen.

En spænding opstår i pyroelektriske materialer, når de opvarmes eller afkøles. Det er ændringen i temperaturen, der giver et signal, som er hurtig og stærk, men det forfalder næsten lige så hurtigt.

I termoelektriske materialer, i modsætning, en spænding opstår, når materialet har en kold og en varm side. Signalet her opstår langsomt, og der skal gå noget tid, før det kan måles. Varmen kan opstå ved en varm berøring eller fra solen; alt der kræves er, at den ene side er koldere end den anden.

"Vi ville nyde det bedste fra begge verdener, så vi kombinerede en pyroelektrisk polymer med en termoelektrisk gel udviklet i et tidligere projekt af Dan Zhao, Simone Fabiano og andre kolleger på Laboratory of Organic Electronics. Kombinationen giver et hurtigt og stærkt signal, der varer, så længe stimulus er til stede ", siger Magnus Jonsson, leder af gruppen Organic Photonics og Nano-optics.

Desuden, det viste sig, at de to materialer interagerer på en måde, der forstærker signalet.

Den nye sensor bruger også en anden nano-optisk enhed kendt som plasmoner.

"Plasmoner opstår, når lys interagerer med nanopartikler af metaller som guld og sølv. Det indfaldende lys får elektronerne i partiklerne til at svinge i fællesskab, som danner plasmon. Dette fænomen giver nanostrukturer ekstraordinære optiske egenskaber, såsom høj spredning og høj absorption ", Magnus Jonsson forklarer.

I tidligere arbejde, han og hans kolleger har vist, at en guldelektrode, der er perforeret med nanohuller, absorberer lys effektivt ved hjælp af plasmoner. Det absorberede lys omdannes efterfølgende til varme. Med sådan en elektrode, en tynd guldfilm med nanohuller, på den side, der vender ud mod solen, sensoren kan også hurtigt konvertere synligt lys til et stabilt signal.

Som en ekstra bonus, sensoren er også trykfølsom.

"Et signal opstår, når vi trykker på sensoren med en finger, men ikke når vi udsætter det for det samme tryk med et stykke plastik. Det reagerer på håndens varme ", siger Magnus Jonsson.

Foruden Mina Shiran Chaharsoughi og Magnus Jonsson, deres kolleger Dan Zhao, Simone Fabiano og professor Xavier Crispin ved Laboratory of Organic Electronics har også bidraget til undersøgelsen, hvis resultater for nylig er blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Advanced Functional Materials.