Ткани, содержащие гибкую электронику, появляются во многих новых продуктах, таких как одежда со встроенными экранами и солнечные батареи. Что еще более впечатляюще, эти ткани могут действовать как электронные оболочки, которые могут чувствовать окружающую среду, и могут найти применение в робототехнике и протезной медицине.
Исследователи из Университета науки и технологий имени короля Абдаллы (KAUST), Саудовская Аравия, разработали интеллектуальные нити, которые определяют силу и местоположение оказываемого на них давления.Большинство гибких датчиков функционируют, обнаруживая изменения электрических свойств материалов в ответ на давление, температуру, влажность или присутствие газов.
Электронные оболочки состоят из нескольких отдельных датчиков. Эти массивы в настоящее время нуждаются в сложной проводке и анализе данных, что делает их слишком тяжелыми, большими или дорогими для крупномасштабного производства.Яньлун Тай и Жиль Любино из Отделения физических наук и инженерии Университета нашли другой подход.
Они построили свои умные нити из хлопковых нитей, покрытых слоями одного из чудесных материалов нанотехнологий: однослойных углеродных нанотрубок (ОСУНТ).«Хлопковые нити — классический материал для тканей, поэтому они казались логичным выбором», — сказал Любино. «Сети нанотрубок, как известно, обладают пьезорезистивными свойствами, то есть их электрическое сопротивление зависит от приложенного давления».Исследователи показали, что их нити имеют пониженное сопротивление при воздействии более сильных механических нагрузок, и, что очень важно, амплитуда изменения сопротивления также зависит от толщины покрытия SWCNT.
Эти открытия привели исследователей к их самому большому прорыву: они разработали нити разной толщины с толстым слоем SWCNT на одном конце, сужающимся к тонкому слою на другом конце. Затем, объединив нити попарно — одну с разной толщиной и одну с постоянной толщиной — исследователи смогли не только определить силу приложенной нагрузки давления, но и положение нагрузки вдоль нитей.
«Наша система — не первая технология, позволяющая определять как силу, так и положение приложенного давления, но наша поэтапная структура позволяет избежать необходимости в сложной разводке электродов, записи и анализа тяжелых данных», — сказал Тай.Исследователи использовали свои интеллектуальные потоки для создания двух- и трехмерных массивов, которые точно обнаруживают давления, аналогичные тем, которым могут подвергаться реальные люди и роботы.
«Мы надеемся, что электронные оболочки, сделанные из наших умных нитей, могут принести пользу любому роботу или медицинскому протезу, в котором важна чувствительность к давлению, например, искусственным рукам», — сказал Любино.