In veel nieuwe producten verschijnen stoffen met flexibele elektronica, zoals kleding met ingebouwde schermen en zonnepanelen. Nog indrukwekkender, deze stoffen kunnen fungeren als elektronische huiden die hun omgeving kunnen voelen en kunnen worden toegepast in robotica en prothetische geneeskunde. Onderzoekers van de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saoedi-Arabië, hebben nu slimme draden ontwikkeld die de kracht en locatie van de druk die erop wordt uitgeoefend detecteren.

De meeste flexibele sensoren werken door veranderingen in de elektrische eigenschappen van materialen te detecteren als reactie op druk, temperatuur, vochtigheid of de aanwezigheid van gassen. Elektronische skins zijn opgebouwd als arrays van verschillende individuele sensoren. Deze arrays hebben momenteel complexe bedrading en data-analyse nodig, waardoor ze te zwaar worden, groot of duur voor grootschalige productie.

Yanlong Tai en Gilles Lubineau van de afdeling Physical Science and Engineering van de universiteit hebben een andere benadering gevonden. Ze bouwden hun slimme draden van katoenen draden bedekt met lagen van een van de wondermaterialen van nanotechnologie:enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT's).

"Katoendraden zijn een klassiek materiaal voor stoffen, dus ze leken een logische keuze, " zei Lubineau. "Het is ook bekend dat netwerken van nanobuisjes piëzoresistieve eigenschappen hebben, wat betekent dat hun elektrische weerstand afhangt van de toegepaste druk."

De onderzoekers toonden aan dat hun draden een verminderde weerstand hadden wanneer ze werden blootgesteld aan sterkere mechanische spanningen, en cruciaal was de amplitude van de weerstandsverandering ook afhankelijk van de dikte van de SWCNT-coating.

Deze bevindingen leidden de onderzoekers tot hun grootste doorbraak:ze ontwikkelden draden van gegradeerde dikte met een dikke SWCNT-laag aan het ene uiteinde, taps toelopend naar een dunne laag aan het andere uiteinde. Vervolgens, door draden in paren te combineren - een met gegradeerde dikte en een met uniforme dikte - konden de onderzoekers niet alleen de sterkte van een uitgeoefende drukbelasting detecteren, maar ook de positie van de last langs de draden.

"Ons systeem is niet de eerste technologie die zowel de kracht als de positie van uitgeoefende druk detecteert, maar onze gegradeerde structuur vermijdt de noodzaak van ingewikkelde elektrodebedrading, zware gegevensregistratie en -analyse, ' zei Tai.

De onderzoekers hebben hun slimme threads gebruikt om twee- en driedimensionale arrays te bouwen die nauwkeurig drukken detecteren die vergelijkbaar zijn met die waaraan echte mensen en robots kunnen worden blootgesteld.

"We hopen dat elektronische skins gemaakt van onze slimme draden nuttig kunnen zijn voor elke robot of medische prothese waarbij drukdetectie belangrijk is, zoals kunsthanden, ' zei Lubineau.