Материал датчика позволяет растягиваемой электронике работать лучше при нагрузке

Наши тела посылают множество сигналов — химические вещества, электрические импульсы, механические сдвиги, — которые могут предоставить массу информации о нашем здоровье. Но электронные датчики, которые могут обнаруживать эти сигналы, часто сделаны из хрупкого неорганического материала, который предотвращает их растяжение и сгибание на коже или внутри тела. Последние достижения сделали возможным использование растягиваемых датчиков, но изменение их формы может повлиять на получаемые данные, а многие датчики не могут собирать и обрабатывать самые слабые сигналы тела.

Новая конструкция датчика включает в себя узорчатый материал, который оптимизирует распределение деформации между транзисторами, создавая растяжимую электронику, которая менее подвержена деформации. Исследователи также создали несколько элементов схемы с дизайном, который может привести к еще большему количеству типов растягиваемой электроники.

Для разработки электроники исследователи использовали концепцию шаблонного распределения деформации. При создании транзистора использовались подложки из эластомера — эластичного полимера. Они варьировали плотность эластомерных слоев, то есть одни оставались более мягкими, а другие — более жесткими, но при этом эластичными. Более жесткие слои, названные исследователями «эластичными», использовались для активных электронных областей.

В результате были получены массивы транзисторов, которые имели почти такие же электрические характеристики, когда они были растянуты и согнуты, как и в недеформированном состоянии. На самом деле, при растяжении со 100-процентной нагрузкой их характеристики колебались менее чем на пять процентов. Команда также использовала эту концепцию для разработки и изготовления других частей схемы, включая вентили ИЛИ-НЕ, кольцевые генераторы и усилители. Вентиляторы НЕ-ИЛИ используются в цифровых схемах, а кольцевые генераторы используются в технологии радиочастотной идентификации (RFID). Сделав эти части растягиваемыми, исследователи смогли создать еще более сложную электронику.

Разработанный ими растягиваемый усилитель является одной из первых схем, похожих на кожу, способных усиливать слабые электрофизиологические сигналы — до нескольких милливольт. Это важно для восприятия самых слабых сигналов тела, таких как сигналы от мышц. Сигналы можно обрабатывать и усиливать непосредственно на коже.

Дизайн оценивается как диагностический инструмент для БАС. Измеряя сигналы от мышц, исследователи надеются лучше диагностировать болезнь, получая при этом знания о том, как болезнь влияет на организм. Они также надеются протестировать конструкцию электроники, которую можно имплантировать в тело, и создать датчики для всех видов телесных сигналов.