Immagina uno schermo digitale flessibile che si ripara da solo quando si rompe, o un robot luminescente che localizza i sopravvissuti al buio, ambienti pericolosi o svolge attività agricole e di esplorazione spaziale. Un nuovo materiale sviluppato da un team di ricercatori NUS potrebbe trasformare queste idee in realtà.

Il nuovo materiale estensibile, quando utilizzato in dispositivi a condensatore ad emissione di luce, consente un'illuminazione altamente visibile a tensioni di esercizio molto più basse, ed è anche resistente ai danni grazie alle sue proprietà autorigeneranti.

Questa innovazione, chiamato HELIOS (che sta per Guaribile, dispositivo optoelettronico estensibile illuminante a basso campo), è stato raggiunto dall'assistente professore Benjamin Tee e dal suo team del NUS Institute for Health Innovation &Technology e NUS Materials Science and Engineering. I risultati della ricerca sono stati riportati per la prima volta in Materiali della natura il 16 dicembre 2019.

Durevole, materiale a bassa potenza per dispositivi indossabili elettronici di nuova generazione e robot morbidi

"I materiali optoelettronici estensibili convenzionali richiedono alta tensione e alte frequenze per ottenere una luminosità visibile, che limita la portabilità e la vita operativa. Tali materiali sono anche difficili da applicare in modo sicuro e silenzioso sulle interfacce uomo-macchina, " ha spiegato Asst Prof Tee, che proviene anche da NUS Electrical and Computer Engineering, N.1 Istituto Superiore di Sanità e il programma Sistemi Elettronici Flessibili Integrati Ibridi.

Per superare queste sfide, il team di cinque ricercatori NUS ha iniziato a studiare e sperimentare possibili soluzioni nel 2018, e alla fine ha sviluppato HELIOS dopo un anno.

Al fine di ridurre le condizioni operative elettroniche dei materiali optoelettronici estensibili, il team ha sviluppato un materiale con permettività dielettrica molto elevata e proprietà di autoriparazione. Il materiale è trasparente, foglio di gomma elastica costituito da una miscela unica di fluoroelastomero e tensioattivo. L'elevata permettività dielettrica consente di immagazzinare più cariche elettroniche a tensioni più basse, consentendo una maggiore luminosità quando utilizzato in un dispositivo a condensatore a emissione di luce.

A differenza dei condensatori estensibili estensibili esistenti, I dispositivi abilitati HELIOS possono accendersi a tensioni quattro volte inferiori, e ottenere un'illuminazione più di 20 volte più luminosa. Ha anche raggiunto un'illuminazione di 1460 cd/m ² a 2,5 V/µm, il più luminoso raggiunto fino ad oggi dai condensatori estensibili a emissione di luce, ed è ora paragonabile alla luminosità degli schermi dei telefoni cellulari. A causa del basso consumo energetico, HELIOS può raggiungere una durata operativa più lunga, essere utilizzato in sicurezza nelle interfacce uomo-macchina, ed essere alimentato in modalità wireless per migliorare la portabilità.

HELIOS è anche resistente a strappi e forature. I legami reversibili tra le molecole del materiale possono essere rotti e riformati, consentendo così al materiale di autoripararsi in condizioni ambientali ambientali.

Descrivendo il potenziale impatto di HELIOS, Asst Prof Tee ha detto, "La luce è una modalità essenziale di comunicazione tra esseri umani e macchine. Poiché gli esseri umani diventano sempre più dipendenti da macchine e robot, c'è un enorme valore nell'usare HELIOS per creare dispositivi o display "invincibili" che emettono luce che non sono solo durevoli ma anche efficienti dal punto di vista energetico. Ciò potrebbe generare risparmi sui costi a lungo termine per produttori e consumatori, ridurre i rifiuti elettronici e il consumo di energia, e a sua volta, consentire alle tecnologie di visualizzazione avanzate di diventare sia portafogli che rispettose dell'ambiente."

Per esempio, HELIOS può essere utilizzato per fabbricare display wireless di lunga durata a prova di danni. Può anche funzionare come una pelle elettronica illuminante per robot morbidi autonomi da utilizzare per l'agricoltura indoor intelligente, missioni spaziali o zone disastrate. Avere una bassa potenza, La pelle illuminante autoriparante fornirà l'illuminazione di sicurezza per consentire al robot di manovrare al buio rimanendo operativo per periodi prolungati.

Il team NUS ha depositato un brevetto per il nuovo materiale, e sta cercando di ampliare la tecnologia per gli imballaggi speciali, luci di sicurezza, dispositivi indossabili, applicazioni automobilistiche e robotica.