Investigadores desarrollan componentes electrónicos elásticos y sensibles al tacto

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Investigadores desarrollan componentes electrónicos elásticos y sensibles al tacto. Los investigadores de Stanford han preparado el escenario para una evolución en electrónica llevando el concepto de ‘piel artificial’ al siguiente nivel, demostrando no solo un circuito extensible que puede sentir el tacto de una mariquita, sino un proceso de fabricación para producir este circuito en masa.

De las muchas formas en que los humanos dan sentido a nuestro mundo, con nuestros ojos, oídos, nariz y boca, ninguno es quizás menos apreciado que nuestras manos táctiles y versátiles. Gracias a nuestras delicadas yemas de los dedos, podemos sentir el calor antes de tocar la llama o sentir la suavidad de la mejilla de un recién nacido.

Pero las personas con extremidades protésicas viven en un mundo sin contacto. Restaurar algo parecido a esta sensación ha sido una fuerza impulsora detrás de la búsqueda del ingeniero químico de Stanford, Zhenan Bao , de décadas de duración para crear materiales sintéticos elásticos sensibles a la electricidad. Tal avance podría algún día servir como cubiertas de piel para prótesis. Pero a corto plazo, esta misma tecnología podría convertirse en la base de la evolución de un nuevo género de electrónica flexible que contrasta con los teléfonos inteligentes rígidos que muchos de nosotros llevamos con cautela en nuestros bolsillos traseros.

Ahora, en un artículo de Nature del 19 de febrero , Bao y su equipo describen dos novedades técnicas que podrían llevar a buen término este objetivo de 20 años: la creación de un circuito de polímero estirable con sensores táctiles integrados para detectar la huella delicada de un mariquita. Y aunque este logro técnico es un hito, el segundo y más práctico avance es un método para producir en masa esta nueva clase de electrónica flexible y elástica, un paso crítico en el camino hacia la comercialización, dijo Bao.

«La investigación sobre la piel sintética y la electrónica flexible ha recorrido un largo camino, pero hasta ahora nadie había demostrado un proceso para fabricar de manera fiable circuitos elásticos», dijo Bao.

La esperanza de Bao es que los fabricantes algún día puedan fabricar láminas de componentes electrónicos basados ​​en polímeros incrustados con una amplia variedad de sensores, y eventualmente conectar estos circuitos flexibles y multipropósito con el sistema nervioso de una persona. Tal producto sería análogo a la red sensorial bioquímica mucho más compleja y al «material» de protección superficial que llamamos piel humana, que no solo puede detectar el tacto, sino también la temperatura y otros fenómenos. Pero mucho antes de que la piel artificial sea posible, los procesos informados en este artículo de Nature permitirán la creación de pantallas táctiles extensibles y plegables, ropa electrónica o parches parecidos a la piel para aplicaciones médicas.

Capa por capa

Bao dijo que su proceso de producción involucra varias capas de polímeros de la nueva era, algunos que proporcionan la elasticidad del material y otros con mallas electrónicas intrincadamente modeladas. Aún así, otros sirven como aislantes para aislar el material electrónicamente sensible. Un paso en el proceso de producción implica el uso de una impresora de chorro de tinta para, en esencia, pintar sobre ciertas capas.

«Hemos diseñado todas estas capas y sus elementos activos para que funcionen juntos sin problemas», dijo el investigador postdoctoral Sihong Wang, coautor principal del artículo.

El equipo ha diseñado con éxito su material en cuadrados de aproximadamente dos pulgadas en un lado que contiene más de 6.000 dispositivos individuales de procesamiento de señales que actúan como terminaciones nerviosas sintéticas. Todo esto está encapsulado en una capa protectora impermeable.

Weichen Wang y Jie Xu trabajan juntos en el laboratorio de Bao.

El estudiante de posgrado Weichen Wang, izquierda, y el investigador postdoctoral Jie Xu trabajan juntos en el laboratorio de Bao para preparar un conjunto de transistores extensibles. (Crédito de la imagen: LA Cicero)

El prototipo puede estirarse para doblar sus dimensiones originales, y viceversa, al tiempo que mantiene su capacidad de conducir electricidad sin grietas, delaminación o arrugas. Para probar la durabilidad, el equipo estiró una muestra más de mil veces sin daño significativo o pérdida de sensibilidad. La prueba real vino cuando los investigadores adhirieron su muestra a una mano humana.

«Funciona muy bien, incluso en superficies con formas irregulares», dijo el erudito postdoctoral Jie Xu, y el otro autor co-líder del documento.

Tal vez lo más prometedor de todo sea que el proceso de fabricación descrito en este documento podría convertirse en una plataforma para evaluar otros materiales electrónicos elásticos desarrollados por otros investigadores que algún día podrían comenzar a reemplazar la electrónica rígida actual.

Bao dijo que queda mucho trabajo por delante antes de que estos nuevos materiales y procesos sean tan omnipresentes y capaces como los circuitos rígidos de silicio. Primero, dijo, su equipo debe mejorar la velocidad y el rendimiento electrónicos de su prototipo, pero este es un paso prometedor.

«Creo que estamos al borde de un mundo completamente nuevo de electrónica», dijo Bao.

Esta investigación fue financiada por Samsung Electronics, el Programa de Becas de Investigación Graduado de la Fundación Nacional de Ciencias y NETEP y MOTIE de la República de Corea.

Zhenan Bao es el profesor de ingeniería química de KK Lee y (por cortesía) de ciencia e ingeniería de materiales y (por cortesía) de química. Ella también es miembro del cuerpo docente de Stanford Chem-H , un miembro de la Stanford Bio-X , el Instituto Precourt para la Energía y el Instituto de Neurociencias de Stanford , y una filial del Instituto Stanford Woods, de Medio Ambiente . Ella fundó y dirige la Iniciativa de Electrónica Vestible de Stanford (eWEAR)

Otros autores de Stanford en este documento incluyen al profesor Boris Murmann, director de laboratorio Jeffery B.-H. Tok; post-docs Jie Xu, Francisco Molina López, Simiao Niu, Ting Lei, Amir M. Foudeh, Andrea Gasperini; y estudiantes graduados Weichen Wang, Ging-Ji Nathan Wang, Reza Rastak, Vivian R. Feig, Jeffery López, Yeongin Kim, Anatol Ehrlich. También en el equipo estuvieron los eruditos Jong Won Chung y Youngjun Yun del Instituto Avanzado de Tecnología de Samsung; y el profesor Soon-Ki Kwon de la Universidad Nacional de Gyeongsang.

Por : POR ANDREW MYERS Y TOM ABATE

Fuente:

Stanford