Ткани, содержащие гибкую электронику, появляются во многих новых продуктах, таких как одежда со встроенными экранами и солнечными батареями. Более выразительно эти ткани могут действовать как электронная кожа, которая может ощутить их среду и могла иметь применения в робототехнике и протезной медицине.
Исследователи в Университете короля Абдуллы Науки и техники (KAUST), Саудовская Аравия, теперь развивали умные нити, которые обнаруживают силу и местоположение давлений, проявленных на них.Самые гибкие датчики функционируют, обнаруживая изменения в электрических свойствах материалов в ответ на давление, температуру, влажность или присутствие газов. Электронная кожа создана как множества нескольких отдельных датчиков. Для этих множеств в настоящее время нужны сложная проводка и анализ данных, который делает их слишком тяжелыми, большими или дорогими для крупномасштабного производства.
Янлун Тай и Жиль Любино от Подразделения Университетом Физики и Разработки нашли другой подход. Они построили свои умные нити из хлопковых нитей, покрытых слоями одного из материалов чуда нанотехнологий: одностенные углеродные нанотрубки (SWCNTs).«Хлопковые нити – классический материал для тканей, таким образом, они казались логическим выбором», сказал Любино. «У сетей нанотрубок, как также известно, есть пьезорезистивные свойства, означая, что их электрическое сопротивление зависит от оказанного давления».
Исследователи показали, что их нити уменьшили сопротивление, когда подвергнуто более сильным механическим напряжениям, и кардинально амплитуда изменения сопротивления также зависела от толщины покрытия SWCNT.Эти результаты привели исследователей к своему самому большому прорыву: они развивали нити классифицированной толщины с толстым слоем SWCNT в одном конце, сужающемся к тонкому слою в другом конце.
Затем объединяя нити в парах – один с классифицированной толщиной и одной из однородной толщины – исследователи могли не только обнаружить силу прикладного груза давления, но также и положение груза вдоль нитей.«Наша система не первая технология, которая ощутит и силу и положение оказанного давления, но наша классифицированная структура избегает потребности в сложных проводках электрода, тяжелой записи данных и анализе», сказал Тай.Исследователи использовали свои умные нити, чтобы построить два – и трехмерные множества, которые точно обнаруживают давления, подобные тем, которым могли бы быть подвергнуты настоящие люди и роботы.
«Мы надеемся, что электронная кожа, сделанная из наших умных нитей, могла принести пользу любому роботу или медицинский протезный, в котором ощущение давления важно, таково как искусственные руки», сказал Любино.