Forskere bygger gennemsigtige, superstrækbar hudlignende sensor (med video)

Forestil dig at have huden så smidig, at du kan strække den ud til mere end dobbelt så lang som dens normale længde i enhver retning - gentagne gange - alligevel ville den altid smække helt fri for rynker, når du giver slip på den. Du ville bestemt aldrig få brug for Botox.

Den misundelsesværdige elasticitet er en af ​​flere nye funktioner indbygget i en ny gennemsigtig hudlignende tryksensor, som er den seneste sensor udviklet af Stanfords Zhenan Bao, lektor i kemiteknik, i hendes søgen efter at skabe en kunstig "superhud". Sensoren bruger en gennemsigtig film af enkeltvæggede kulstofnanorør, der fungerer som små fjedre, gør det muligt for sensoren at måle kraften på den nøjagtigt, om det bliver trukket som taffy eller klemt som en svamp.

"Denne sensor kan registrere tryk, der spænder fra et fast klem mellem din tommel- og pegefinger til det dobbelte af det tryk, som en elefant, der står på en fod, udøver, " sagde Darren Lipomi, en postdoktor i Baos laboratorium, som er en del af forskerholdet.

"Intet af det forårsager nogen permanent deformation, " han sagde.

Lipomi og Michael Vosgueritchian, kandidatstuderende i kemiteknik, og Benjamin Tee, kandidatstuderende i elektroteknik, er hovedforfatterne til et papir, der beskriver sensoren, offentliggjort online 23. oktober af Natur nanoteknologi . Bao er medforfatter af papiret.

Sensorerne kan bruges til at lave berøringsfølsomme proteser eller robotter, til forskellige medicinske anvendelser såsom trykfølsomme bandager eller i berøringsskærme på computere.

Nøgleelementet i den nye sensor er den gennemsigtige film af carbon "nano-fjedre, " som er skabt ved at sprøjte nanorør i en flydende suspension på et tyndt lag silikone, som så strækkes.

Når nanorørene airbrushes på silikonen, de har en tendens til at lande i tilfældigt orienterede små klumper. Når silikonen strækkes, nogle af "nano-bundterne" bliver trukket på linje i retning af strækningen.

Når silikonen frigøres, det vender tilbage til sine oprindelige dimensioner, men nanorørene spænder og danner små nanostrukturer, der ligner fjedre.

"Efter at vi har lavet denne form for forstrækning af nanorørene, de opfører sig som fjedre og kan strækkes igen og igen, uden nogen permanent ændring i form, " sagde Bao.

Stræk den nanorørbelagte silikone en anden gang, i retningen vinkelret på den første retning, får nogle af de andre nanorørbundter til at flugte i den anden retning. Det gør sensoren fuldstændig strækbar i alle retninger, med total rebound bagefter.

Derudover efter den indledende strækning for at producere "nano-fjedre, " gentagen strækning under længden af ​​den indledende strækning ændrer ikke den elektriske ledningsevne væsentligt, sagde Bao. Det er vigtigt at opretholde den samme ledningsevne i både strakte og ustrakte former, fordi sensorerne registrerer og måler den kraft, der påføres dem gennem disse fjederlignende nanostrukturer, som fungerer som elektroder.

Sensorerne består af to lag af den nanorørbelagte silikone, orienteret, så belægningerne er ansigt til ansigt, med et lag af en lettere deformeret type silikone imellem dem.

Det midterste lag af silikone lagrer elektrisk ladning, meget som et batteri. Når der udøves tryk på sensoren, det midterste lag af silikone komprimerer, som ændrer mængden af ​​elektrisk ladning, den kan lagre. Denne ændring detekteres af de to film af kulstofnanorør, som fungerer som de positive og negative terminaler på et typisk bil- eller lommelygtebatteri.

Ændringen, der mærkes af nanorørfilmene, er det, der gør sensoren i stand til at transmittere, hvad den "føler".

Uanset om sensoren bliver komprimeret eller forlænget, de to nanofilm bringes tættere sammen, hvilket ser ud til, at det kan gøre det svært at opdage, hvilken type deformation der sker. Men Lipomi sagde, at det burde være muligt at opdage forskellen ved trykmønsteret.

Med kompression, du ville forvente at se en slags bull's-eye mønster, med den største deformation i midten og aftagende deformation, efterhånden som du kommer længere fra midten.

"Hvis enheden blev grebet af to modstående tang og strakt, den største deformation ville være langs den lige linje mellem de to tang, " sagde Lipomi. Deformation ville aftage, når du bevægede dig længere væk fra linjen.

Baos forskergruppe skabte tidligere en sensor, der var så følsom over for tryk, at den kunne registrere tryk "godt under det tryk, der udøves af et 20 milligram blåflaskefluekroppe", som forskerne testede det med. Denne seneste sensor er ikke helt så følsom, hun sagde, men det er fordi forskerne var fokuseret på at gøre det strækbart og gennemsigtigt.

"Vi brugte ikke ret meget tid på at prøve at optimere følsomhedsaspektet på denne sensor, " sagde Bao.

"Men det tidligere koncept kan anvendes her. Vi skal bare lave nogle ændringer på overfladen af ​​elektroden, så vi kan have den samme følsomhed."