Van de vele manieren waarop mensen onze wereld begrijpen – met onze ogen, oren, neus en mond - niemand wordt misschien minder gewaardeerd dan onze tactiele en veelzijdige handen. Dankzij onze gevoelige vingertoppen, we kunnen de hitte voelen voordat we de vlam aanraken, of voel de zachtheid van de wang van een pasgeborene.

Maar mensen met prothetische ledematen leven in een wereld zonder aanraking. Het herstellen van enige schijn van deze sensatie is een drijvende kracht geweest achter de decennialange zoektocht van Stanford chemisch ingenieur Zhenan Bao om rekbare, elektronisch gevoelige synthetische materialen. Zo'n doorbraak zou ooit kunnen dienen als huidachtige omhulsels voor protheses. Maar op korte termijn, dezelfde technologie zou de basis kunnen worden voor de evolutie van een nieuw genre van flexibele elektronica die in schril contrast staat met stijve smartphones die velen van ons dragen, voorzichtig, in onze achterzakken.

Nutsvoorzieningen, op 19 februari Natuur papier, Bao en haar team beschrijven twee technische primeurs die dit 20-jarige doel kunnen verwezenlijken:het creëren van een rekbare, polymeercircuit met geïntegreerde aanraaksensoren om de delicate voetafdruk van een kunstmatig lieveheersbeestje te detecteren. En hoewel deze technische prestatie een mijlpaal is, de seconde, en meer praktisch, Advance is een methode om deze nieuwe klasse van flexibele, rekbare elektronica – een cruciale stap op weg naar commercialisering, zei Bao.

"Onderzoek naar synthetische huid en flexibele elektronica heeft een lange weg afgelegd, maar tot nu toe had niemand een proces gedemonstreerd om op betrouwbare wijze rekbare circuits te vervaardigen, ' zei Bao.

Bao's hoop is dat fabrikanten op een dag platen van op polymeren gebaseerde elektronica kunnen maken die zijn ingebed met een breed scala aan sensoren, en uiteindelijk deze flexibele, multifunctionele circuits met het zenuwstelsel van een persoon. Zo'n product zou analoog zijn aan het veel complexere biochemische sensorische netwerk en het "materiaal" voor oppervlaktebescherming dat we de menselijke huid noemen, die niet alleen aanraking kan voelen, maar temperatuur en andere verschijnselen, ook. Maar lang voordat kunsthuid mogelijk wordt, de processen die hierin worden gerapporteerd Natuur papier maakt het mogelijk om opvouwbare, rekbare touchscreens, elektronische kleding of huidachtige pleisters voor medische toepassingen.

Laag voor laag

Bao zei dat hun productieproces verschillende lagen new-age polymeren omvat, sommige die zorgen voor de elasticiteit van het materiaal en andere met elektronische mazen met ingewikkelde patronen. Nog altijd, andere dienen als isolatoren om het elektronisch gevoelige materiaal te isoleren. Een stap in het productieproces is het gebruik van een inkjetprinter om, in essentie, verf op bepaalde lagen.

"We hebben al deze lagen en hun actieve elementen zo ontworpen dat ze feilloos samenwerken, " zei postdoctoraal wetenschapper Sihong Wang, co-hoofdauteur van het artikel.

Het team heeft zijn materiaal met succes gevormd in vierkanten van ongeveer vijf centimeter aan een zijde met meer dan 6, 000 individuele signaalverwerkende apparaten die werken als synthetische zenuwuiteinden. Dit alles is ingekapseld in een waterdichte beschermlaag.

Het prototype kan worden uitgerekt om zijn oorspronkelijke afmetingen te verdubbelen - en weer terug - terwijl het zijn vermogen behoudt om elektriciteit te geleiden zonder scheuren, delaminatie of rimpels. Om de duurzaamheid te testen, het team heeft een monster meer dan duizend keer uitgerekt zonder noemenswaardige schade of verlies van gevoeligheid. De echte test kwam toen de onderzoekers hun monster aan een mensenhand plakten.

"Het werkt prima, zelfs op onregelmatig gevormde oppervlakken, " zei postdoctoraal wetenschapper Jie Xu, en de andere co-hoofdauteur van de krant.

Misschien wel de meest veelbelovende van allemaal, het fabricageproces dat in dit artikel wordt beschreven, zou een platform kunnen worden voor het evalueren van andere rekbare elektronische materialen die zijn ontwikkeld door andere onderzoekers en die op een dag de stijve elektronica van vandaag zouden kunnen vervangen.

Bao zei dat er nog veel werk moet worden verzet voordat deze nieuwe materialen en processen net zo alomtegenwoordig en capabel zijn als stijve siliciumcircuits. Als eerste, ze zei, haar team moet de elektronische snelheid en prestaties van hun prototype verbeteren, maar dit is een veelbelovende stap.

"Ik geloof dat we aan de vooravond staan ​​van een hele nieuwe wereld van elektronica, ' zei Bao.