Dei molti modi in cui gli umani danno un senso al nostro mondo - con i nostri occhi, orecchie, naso e bocca – nessuno è forse meno apprezzato delle nostre mani tattili e versatili. Grazie ai nostri polpastrelli sensibili, possiamo sentire il calore prima di toccare la fiamma, o sentire la morbidezza della guancia di un neonato.

Ma le persone con arti protesici vivono in un mondo senza contatto. Ripristinare una parvenza di questa sensazione è stata una forza trainante dietro la ricerca decennale dell'ingegnere chimico di Stanford Zhenan Bao per creare elastici, materiali sintetici sensibili all'elettronica. Una tale svolta potrebbe un giorno fungere da rivestimento simile alla pelle per le protesi. Ma a breve termine, questa stessa tecnologia potrebbe diventare la base per l'evoluzione del nuovo genere di elettronica flessibile che sono in netto contrasto con gli smartphone rigidi che molti di noi portano, cautamente, nelle nostre tasche posteriori.

Ora, in un 19 febbraio Natura carta, Bao e il suo team descrivono due primati tecnici che potrebbero portare a compimento questo obiettivo ventennale:la creazione di un elastico, circuiti polimerici con sensori tattili integrati per rilevare la delicata impronta di una coccinella artificiale. E mentre questo risultato tecnico è una pietra miliare, il secondo, e più pratico, anticipo è un metodo per produrre in serie questa nuova classe di flessibili, elettronica estensibile:un passo fondamentale nel percorso verso la commercializzazione, ha detto Bao.

"La ricerca sulla pelle sintetica e sull'elettronica flessibile ha fatto molta strada, ma fino ad ora nessuno aveva dimostrato un processo per fabbricare in modo affidabile circuiti estensibili, " ha detto Bao.

La speranza di Bao è che i produttori possano un giorno essere in grado di realizzare fogli di elettronica a base di polimeri incorporati con un'ampia varietà di sensori, ed eventualmente collegare questi flessibili, circuiti multiuso con il sistema nervoso di una persona. Un tale prodotto sarebbe analogo alla rete sensoriale biochimica molto più complessa e al "materiale" di protezione della superficie che chiamiamo pelle umana, che non solo può sentire il tatto, ma la temperatura e altri fenomeni, anche. Ma molto prima che la pelle artificiale diventi possibile, i processi riportati in questo Natura carta consentirà la creazione di pieghevoli, touchscreen estensibili, indumenti elettronici o cerotti simili alla pelle per applicazioni mediche.

Strato per strato

Bao ha affermato che il loro processo di produzione prevede diversi strati di polimeri new age, alcuni che forniscono l'elasticità del materiale e altri con maglie elettroniche con motivi complessi. Ancora, altri fungono da isolanti per isolare il materiale elettronicamente sensibile. Una fase del processo di produzione prevede l'uso di una stampante a getto d'inchiostro per, in sostanza, dipingere su determinati strati.

"Abbiamo progettato tutti questi livelli e i loro elementi attivi per lavorare insieme in modo impeccabile, ", ha affermato lo studioso post-dottorato Sihong Wang, co-autore dell'articolo.

Il team ha modellato con successo il suo materiale in quadrati di circa due pollici su un lato contenente più di 6, 000 singoli dispositivi di elaborazione del segnale che agiscono come terminazioni nervose sintetiche. Tutto questo è incapsulato in uno strato protettivo impermeabile.

Il prototipo può essere allungato per raddoppiare le sue dimensioni originali - e viceversa - pur mantenendo la sua capacità di condurre l'elettricità senza crepe, delaminazione o rughe. Per testare la durata, il team ha allungato un campione più di mille volte senza danni significativi o perdita di sensibilità. Il vero test è arrivato quando i ricercatori hanno fatto aderire il loro campione a una mano umana.

"Funziona benissimo, anche su superfici di forma irregolare, ", ha affermato lo studioso postdottorato Jie Xu, e l'altro co-autore del documento.

Forse il più promettente di tutti, il processo di fabbricazione descritto in questo documento potrebbe diventare una piattaforma per valutare altri materiali elettronici estensibili sviluppati da altri ricercatori che un giorno potrebbero iniziare a sostituire l'elettronica rigida di oggi.

Bao ha detto che c'è molto lavoro da fare prima che questi nuovi materiali e processi siano onnipresenti e capaci come i circuiti rigidi di silicio. Primo su, lei disse, la sua squadra deve migliorare la velocità elettronica e le prestazioni del loro prototipo, ma questo è un passo promettente.

"Credo che siamo sull'orlo di un mondo completamente nuovo di elettronica, " ha detto Bao.