Stel je voor dat je huid zo soepel is dat je hem in elke richting tot meer dan twee keer zijn normale lengte zou kunnen uitrekken - herhaaldelijk - en toch zou hij altijd volledig kreukvrij terugspringen als je hem loslaat. Je zou zeker nooit Botox nodig hebben.

Die benijdenswaardige elasticiteit is een van de vele nieuwe functies die zijn ingebouwd in een nieuwe transparante huidachtige druksensor die de nieuwste sensor is die is ontwikkeld door Stanford's Zhenan Bao, universitair hoofddocent chemische technologie, in haar zoektocht naar het creëren van een kunstmatige 'superhuid'. De sensor maakt gebruik van een transparante film van enkelwandige koolstofnanobuisjes die fungeren als kleine veren, waardoor de sensor de kracht erop nauwkeurig kan meten, of het nu wordt getrokken als taffy of wordt geperst als een spons.

"Deze sensor kan druk registreren, variërend van een stevige kneep tussen duim en wijsvinger tot tweemaal de druk die wordt uitgeoefend door een olifant die op één voet staat, " zei Darren Lipomi, een postdoctoraal onderzoeker in Bao's lab, die deel uitmaakt van het onderzoeksteam.

"Geen daarvan veroorzaakt enige blijvende vervorming, " hij zei.

Lipomi en Michael Vosgueritchian, afgestudeerde student chemische technologie, en Benjamin Tee, afgestudeerde student elektrotechniek, zijn de hoofdauteurs van een paper waarin de sensor wordt beschreven die op 23 oktober online is gepubliceerd door Natuur Nanotechnologie . Bao is een co-auteur van het papier.

De sensoren kunnen worden gebruikt bij het maken van aanraakgevoelige prothetische ledematen of robots, voor diverse medische toepassingen zoals drukgevoelige bandages of in touchscreens op computers.

Het belangrijkste element van de nieuwe sensor is de transparante film van koolstof "nano-veren, " die ontstaat door nanobuisjes in een vloeibare suspensie op een dunne laag siliconen te spuiten, die dan wordt uitgerekt.

Wanneer de nanobuisjes op de siliconen worden gespoten, ze hebben de neiging om in willekeurig georiënteerde kleine bosjes te landen. Wanneer de siliconen uitgerekt zijn, sommige van de "nano-bundels" worden in de richting van het uitrekken getrokken.

Wanneer de siliconen vrijkomen, het kaatst terug naar zijn oorspronkelijke afmetingen, maar de nanobuisjes knikken en vormen kleine nanostructuren die op veren lijken.

"Nadat we dit soort voorrek aan de nanobuisjes hebben gedaan, ze gedragen zich als veren en kunnen steeds weer worden uitgerekt, zonder enige blijvende verandering van vorm, ' zei Bao.

De met nanobuisjes beklede siliconen een tweede keer uitrekken, in de richting loodrecht op de eerste richting, zorgt ervoor dat sommige van de andere nanobuisbundels in de tweede richting uitlijnen. Dat maakt de sensor volledig rekbaar in alle richtingen, met een totale terugkaatsing daarna.

Aanvullend, na het aanvankelijke uitrekken om de "nano-veren, " herhaald rekken onder de lengte van de initiële rek verandert de elektrische geleidbaarheid niet significant, zei Bao. Het behouden van dezelfde geleidbaarheid in zowel de uitgerekte als niet-uitgerekte vormen is belangrijk omdat de sensoren de kracht detecteren en meten die erop wordt uitgeoefend via deze veerachtige nanostructuren, die als elektroden dienen.

De sensoren bestaan ​​uit twee lagen van met nanobuisjes beklede siliconen, zodanig georiënteerd dat de coatings face-to-face zijn, met een laag van een gemakkelijker vervormd type siliconen ertussen.

De middelste laag siliconen slaat elektrische lading op, net als een batterij. Wanneer er druk op de sensor wordt uitgeoefend, de middelste laag siliconenkompressen, waardoor de hoeveelheid elektrische lading die het kan opslaan verandert. Die verandering wordt gedetecteerd door de twee films van koolstofnanobuisjes, die zich gedragen als de positieve en negatieve polen van een typische auto- of zaklampbatterij.

De verandering die door de nanobuisfilms wordt waargenomen, zorgt ervoor dat de sensor kan doorgeven wat hij 'voelt'.

Of de sensor nu wordt gecomprimeerd of verlengd, de twee nanofilms worden dichter bij elkaar gebracht, wat het lijkt alsof het moeilijk kan zijn om te detecteren welk type vervorming zich voordoet. Maar Lipomi zei dat het mogelijk zou moeten zijn om het verschil te detecteren aan de hand van het drukpatroon.

Met compressie, je zou een soort schot in de roos verwachten, met de grootste vervorming in het midden en afnemende vervorming naarmate je verder van het midden gaat.

"Als het apparaat werd gegrepen door twee tegengestelde tangen en uitgerekt, de grootste vervorming zou zijn langs de rechte lijn tussen de twee tangen, ' zei Lipomi. De vervorming zou afnemen naarmate je verder van de lijn verwijderd was.

De onderzoeksgroep van Bao heeft eerder een sensor gemaakt die zo gevoelig is voor druk dat hij druk kon detecteren "ver onder de druk die wordt uitgeoefend door een karkas van 20 milligram bromvlieg" waarmee de onderzoekers hem hebben getest. Deze nieuwste sensor is niet zo gevoelig, ze zei, maar dat komt omdat de onderzoekers erop gericht waren het rekbaar en transparant te maken.

"We hebben niet veel tijd besteed aan het optimaliseren van het gevoeligheidsaspect van deze sensor, ' zei Bao.

"Maar het vorige concept kan hier worden toegepast. We hoeven alleen wat aanpassingen aan het oppervlak van de elektrode aan te brengen, zodat we dezelfde gevoeligheid kunnen hebben."