I recenti progressi tecnologici hanno consentito lo sviluppo di un'elettronica sempre più sofisticata. Alcuni di questi nuovi strumenti, dispositivi particolarmente indossabili e robot morbidi, richiedono o possono trarre grandi vantaggi da componenti elettronici flessibili, compresi i sensori, attuatori e supercondensatori.

I ricercatori dell'Università di Zhengzhou e dell'Università di Pechino in Cina hanno recentemente sviluppato un nuovo sensore di deformazione idrogel estensibile e comprimibile che potrebbe essere utilizzato per fabbricare una varietà di tecnologie flessibili o morbide con capacità di rilevamento, compresi i tracker della salute e le skin robotiche. Questo sensore, presentato in un articolo pubblicato su Materiali macromolecolari e ingegneria , è sia facile da fabbricare che conveniente, che lo rende ideale per implementazioni su larga scala.

I ricercatori lo hanno creato disperdendo uniformemente polvere di nanofibre di carbonio (CFP) all'interno di un idrogel a base di alcol polivinilico (PVA). Il PVA si è finora dimostrato molto promettente per lo sviluppo dell'elettronica flessibile grazie alle sue vantaggiose proprietà meccaniche e al fatto che è biodegradabile.

Disperdendo la CFP all'interno dell'idrogel a base di PVA, i ricercatori sono stati in grado di migliorare la resistenza meccanica del materiale e aumentare la sua conduttività elettrica. Hanno impiegato quello che è noto come un metodo del "ciclo di congelamento-scongelamento", che comporta il congelamento e lo scongelamento ripetuti di una sostanza.

Si è scoperto che l'idrogel PVA/CFP prodotto da questo processo mostra un ampio intervallo di stiramento (366%) e compressione (70%). Ciò lo rende ideale per lo sviluppo di elettronica altamente flessibile, che può essere allungato o compresso mantenendo capacità di rilevamento ottimali.

"Durante 1000 cicli di carico-scarico, l'idrogel PVA/CFP ha una bassa deformazione plastica ( <10%, sia per lo stretching che per la compressione), piccola efficienza di perdita di energia (5,62% sotto stiramento e 12,13% sotto compressione), e una resistenza meccanica stabile e un'eccellente sensibilità, se è allungato al 100% o compresso al 50% di deformazioni, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.

Oltre ad essere abbastanza semplice ed efficace, questo metodo per fabbricare sensori estensibili e comprimibili è a basso costo, e potrebbe quindi essere facilmente ridimensionato. Inoltre, consente lo sviluppo di sensori altamente performanti in grado di rilevare un'ampia gamma di comportamenti o attività umane.

Ad esempio, i sensori creati utilizzando la nuova strategia di fabbricazione possono rilevare con precisione quando un utente sta piegando o allungando le sue articolazioni, respirazione, e deglutizione. Possono anche percepire i cambiamenti di pressione che si verificano quando gli esseri umani camminano o si muovono.

I ricercatori hanno testato i loro sensori in diversi scenari, posizionandoli sul polso di un utente per rilevare la tensione dei muscoli del pugno, sulla gola per monitorare la deglutizione, sullo stomaco per rilevare la respirazione, o sotto la suola delle scarpe per monitorare il comportamento di camminata dell'utente. Hanno anche usato gli stessi sensori per rilevare il tocco di un essere umano e quando premeva sul sensore.

Il sensore di deformazione dell'idrogel polimero nanofibra di carbonio ha già ottenuto risultati molto promettenti, evidenziando il suo potenziale per una varietà di applicazioni. Nel futuro, potrebbe essere utilizzato per sviluppare nuovi dispositivi indossabili, come smartwatch e health tracker, ma potrebbe anche consentire la fabbricazione di skin elettroniche elastiche con capacità di rilevamento avanzate.

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