Sensormateriaal zorgt ervoor dat rekbare elektronica beter presteert onder belasting

Ons lichaam zendt massa's signalen uit - chemicaliën, elektrische pulsen, mechanische verschuivingen - die een schat aan informatie over onze gezondheid kunnen opleveren. Maar elektronische sensoren die deze signalen kunnen detecteren, zijn vaak gemaakt van bros, anorganisch materiaal dat voorkomt dat ze zich op de huid of in het lichaam uitrekken en buigen. Recente ontwikkelingen hebben rekbare sensoren mogelijk gemaakt, maar hun vormveranderingen kunnen de geproduceerde gegevens beïnvloeden en veel sensoren kunnen de zwakste signalen van het lichaam niet verzamelen en verwerken.

Een nieuw sensorontwerp bevat een patroonmateriaal dat de spanningsverdeling tussen transistoren optimaliseert, waardoor rekbare elektronica ontstaat die minder wordt aangetast door vervorming. De onderzoekers creëerden ook verschillende circuitelementen met het ontwerp, wat zou kunnen leiden tot nog meer soorten rekbare elektronica.

Om de elektronica te ontwerpen, gebruikten de onderzoekers een patroon van spanningsverdeling met patronen. Bij het maken van de transistor gebruikten ze substraten van elastomeer - een elastisch polymeer. Ze varieerden de dichtheid van de elastomeerlagen, wat betekent dat sommige zachter bleven terwijl andere stijver waren terwijl ze nog steeds elastisch waren. De stijvere lagen - door de onderzoekers "elastiff" genoemd - werden gebruikt voor de actieve elektronische gebieden.

Het resultaat waren transistorarrays die bijna dezelfde elektrische prestaties hadden wanneer ze uitgerekt en gebogen waren als wanneer ze niet vervormd waren. In feite hadden ze minder dan vijf procent prestatievariatie wanneer uitgerekt met maximaal 100 procent belasting. Het team gebruikte het concept ook om andere circuitonderdelen te ontwerpen en te fabriceren, waaronder NOR-poorten, ringoscillatoren en versterkers. NOR-poorten worden gebruikt in digitale circuits, terwijl ringoscillatoren worden gebruikt in radiofrequentie-identificatie (RFID) -technologie. Door deze onderdelen met succes rekbaar te maken, konden de onderzoekers nog complexere elektronica maken.

De rekbare versterker die ze ontwikkelden, is een van de eerste huidachtige circuits die in staat is om zwakke elektrofysiologische signalen te versterken - tot enkele millivolts. Dat is belangrijk voor het waarnemen van de zwakste signalen van het lichaam, zoals die van spieren. De signalen kunnen direct op de huid worden verwerkt en versterkt.

Het ontwerp wordt beoordeeld als een diagnostisch hulpmiddel voor ALS. Door signalen van spieren te meten, hopen de onderzoekers de ziekte beter te diagnosticeren en tegelijkertijd kennis op te doen over hoe de ziekte het lichaam aantast. Ook hopen ze het ontwerp te testen in elektronica die in het lichaam kan worden geïmplanteerd en sensoren te maken voor allerlei lichaamssignalen.