I tessuti contenenti elettronica flessibile stanno comparendo in molti nuovi prodotti, come vestiti con schermi incorporati e pannelli solari. Più impressionante, questi tessuti possono agire come pelli elettroniche in grado di percepire l'ambiente circostante e potrebbero avere applicazioni nella robotica e nella medicina protesica. Ricercatori della King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Arabia Saudita, hanno ora sviluppato fili intelligenti che rilevano la forza e la posizione delle pressioni esercitate su di essi.
La maggior parte dei sensori flessibili funziona rilevando i cambiamenti nelle proprietà elettriche dei materiali in risposta alla pressione, temperatura, umidità o presenza di gas. Le skin elettroniche sono costruite come array di diversi sensori individuali. Questi array attualmente necessitano di cablaggio complesso e analisi dei dati, che li rende troppo pesanti, grande o costoso per la produzione su larga scala.
Yanlong Tai e Gilles Lubineau della Divisione di Scienze Fisiche e Ingegneria dell'Università hanno trovato un approccio diverso. Hanno costruito i loro fili intelligenti da fili di cotone rivestiti con strati di uno dei materiali miracolosi della nanotecnologia:i nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT).
"I fili di cotone sono un materiale classico per i tessuti, quindi sembravano una scelta logica, " ha detto Lubineau. "Le reti di nanotubi sono anche note per avere proprietà piezoresistive, il che significa che la loro resistenza elettrica dipende dalla pressione applicata."
I ricercatori hanno mostrato che i loro fili avevano una resistenza ridotta quando sottoposti a sollecitazioni meccaniche più forti, e in modo cruciale l'ampiezza della variazione di resistenza dipendeva anche dallo spessore del rivestimento SWCNT.
Questi risultati hanno portato i ricercatori alla loro più grande svolta:hanno sviluppato fili di spessore graduato con uno spesso strato SWCNT a un'estremità che si assottiglia in uno strato sottile all'altra estremità. Quindi, combinando i fili in coppia, uno con spessore graduato e uno di spessore uniforme, i ricercatori non solo hanno potuto rilevare la forza di un carico di pressione applicato, ma anche la posizione del carico lungo le filettature.
"Il nostro sistema non è la prima tecnologia a rilevare sia la forza che la posizione delle pressioni applicate, ma la nostra struttura graduata evita la necessità di complicati cablaggi degli elettrodi, registrazione e analisi di dati pesanti, " disse Tai.
I ricercatori hanno utilizzato i loro thread intelligenti per costruire array bidimensionali e tridimensionali che rilevano con precisione pressioni simili a quelle a cui potrebbero essere esposte persone e robot reali.
"Speriamo che le skin elettroniche realizzate con i nostri fili intelligenti possano avvantaggiare qualsiasi robot o protesi medica in cui il rilevamento della pressione è importante, come mani artificiali, " disse Lubineau.
