Un team di scienziati della National University of Singapore (NUS) si è ispirato a invertebrati sottomarini come le meduse per creare una pelle elettronica con funzionalità simili.

Proprio come una medusa, la pelle elettronica è trasparente, estensibile, sensibile al tocco, e autoguarigione in ambienti acquatici, e potrebbe essere utilizzato in tutto, dai touchscreen resistenti all'acqua ai robot morbidi acquatici.

L'assistente professore Benjamin Tee e il suo team del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali presso la Facoltà di ingegneria della NUS hanno sviluppato il materiale, insieme a collaboratori della Tsinghua University e della University of California Riverside.

Il team di otto ricercatori ha trascorso poco più di un anno a sviluppare il materiale, e la sua invenzione è stata riportata per la prima volta sulla rivista Elettronica della natura il 15 febbraio 2019.

Materiali auto-riparanti trasparenti e impermeabili per un'ampia gamma di applicazioni

Asst Prof Tee ha lavorato su skin elettroniche per molti anni e ha fatto parte del team che ha sviluppato i primi sensori cutanei elettronici autorigeneranti nel 2012.

La sua esperienza in quest'area di ricerca lo ha portato a identificare gli ostacoli chiave che le skin elettroniche autorigeneranti devono ancora superare. "Oggi una delle sfide con molti materiali autorigeneranti è che non sono trasparenti e non funzionano in modo efficiente quando sono bagnati, " ha detto. "Questi inconvenienti li rendono meno utili per le applicazioni elettroniche come i touchscreen che spesso devono essere utilizzati in condizioni di pioggia".

Lui continuò, "Con questa idea in mente, abbiamo cominciato a guardare le meduse:sono trasparenti, e in grado di percepire l'ambiente umido. Così, ci siamo chiesti come avremmo potuto realizzare un materiale artificiale che potesse imitare la natura resistente all'acqua delle meduse e allo stesso tempo essere sensibile al tocco".

Sono riusciti in questo sforzo creando un gel costituito da un polimero a base di fluorocarburi con un liquido ionico ricco di fluoro. Quando combinato, la rete polimerica interagisce con il liquido ionico tramite interazioni ione-dipolo altamente reversibili, che gli permette di autoguarirsi.

Approfondendo i vantaggi di questa configurazione, Asst Prof Tee ha spiegato, "La maggior parte dei gel polimerici conduttivi come gli idrogel si gonfiano quando vengono immersi in acqua o si asciugano nel tempo all'aria. Ciò che rende diverso il nostro materiale è che può mantenere la sua forma sia in ambienti umidi che asciutti. Funziona bene in acqua di mare e anche in ambienti acidi o alcalini."

La prossima generazione di robot morbidi

La pelle elettronica viene creata stampando il nuovo materiale in circuiti elettronici. Come un materiale morbido ed elastico, le sue proprietà elettriche cambiano quando viene toccato, pressato o teso. "Possiamo quindi misurare questo cambiamento, e convertirlo in segnali elettrici leggibili per creare una vasta gamma di diverse applicazioni di sensori, "Asst Prof Tee ha aggiunto.

"La stampabilità 3D del nostro materiale mostra anche il potenziale nella creazione di circuiti stampati completamente trasparenti che potrebbero essere utilizzati in applicazioni robotiche. Speriamo che questo materiale possa essere utilizzato per sviluppare varie applicazioni nei tipi emergenti di robot morbidi, " ha aggiunto Asst Prof Tee, che proviene anche dal Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del NUS, e l'Istituto biomedico per la ricerca e la tecnologia sulla salute globale (BIGHEART) presso NUS.

Robot morbidi, ed elettronica soft in genere, mirano a imitare i tessuti biologici per renderli più meccanicamente conformi alle interazioni uomo-macchina. Oltre alle tradizionali applicazioni di robot morbidi, la tecnologia impermeabile di questo nuovo materiale consente la progettazione di robot anfibi ed elettronica resistente all'acqua.

Un ulteriore vantaggio di questa pelle elettronica autorigenerante è il potenziale che ha di ridurre gli sprechi. Asst Prof Tee ha spiegato, "Milioni di tonnellate di rifiuti elettronici da telefoni cellulari rotti, compresse, ecc. sono generati globalmente ogni anno. Speriamo di creare un futuro in cui i dispositivi elettronici realizzati con materiali intelligenti possano svolgere funzioni di autoriparazione per ridurre la quantità di rifiuti elettronici nel mondo".

Asst Prof Tee e il suo team continueranno la loro ricerca e sperano di esplorare ulteriori possibilità di questo materiale in futuro. Egli ha detto:"Attualmente, stiamo sfruttando le proprietà complete del materiale per realizzare nuovi dispositivi optoelettronici, che potrebbe essere utilizzato in molte nuove interfacce di comunicazione uomo-macchina."