Figura 1.Illustrazione schematica di una fibra SMF e della sua uscita di tensione piezoelettrica e risposta alla deformazione. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Si prevede che l'elettronica basata su fibra svolga un ruolo fondamentale nell'elettronica indossabile di prossima generazione. Intessuto in tessuti, possono fornire una maggiore durata, comfort, e multifunzionalità integrata. Un team KAIST ha sviluppato una fibra multifunzionale estensibile (SMF) in grado di raccogliere energia e rilevare la tensione, che può essere applicato alla futura elettronica indossabile.
Con l'elettronica indossabile, la salute e le condizioni fisiche possono essere valutate analizzando i segnali biologici del corpo umano, come il polso e i movimenti muscolari. Le fibre sono altamente adatte per l'elettronica indossabile futura perché possono essere facilmente integrate nei tessuti, che sono progettati per essere conformabili a superfici curvilinee e comodi da indossare. Inoltre, le loro strutture di trama offrono un supporto che li rende resistenti alla fatica. Molti gruppi di ricerca hanno sviluppato sensori di deformazione basati su fibre per rilevare segnali biologici esterni. Però, la loro sensibilità era relativamente bassa.
L'applicabilità dei dispositivi indossabili è attualmente limitata dalla loro fonte di alimentazione, come la dimensione, il peso, e la durata della batteria ne riduce la versatilità. La raccolta di energia meccanica dal corpo umano è una soluzione promettente per superare tali limiti utilizzando vari tipi di movimenti come la flessione, allungamento, e premendo. Però, precedentemente segnalato, i raccoglitori di energia a base di fibre non erano estensibili e non potevano raccogliere completamente l'energia meccanica disponibile.
Il professor Seungbum Hong e il professor Steve Park del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali e il loro team hanno fabbricato una fibra estensibile utilizzando uno strato ferroelettrico composto da P(VDF-TrFE)/PDMS inserito tra elettrodi elastici composti da un composito di carbonio a più pareti nanotubi (MWCNT) e poli 3, 4-etilendiossitiofene polistirensolfonato (PEDOT:PSS).
Figura 2. Fotografie di una fibra multifunzionale estensibile che viene allungata del 100%, piegato, e contorto. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Le crepe formate nello strato MWCNT/PEDOT:PSS aiutano la fibra a mostrare un'elevata sensibilità rispetto ai sensori di deformazione della fibra riportati in precedenza. Per di più, la nuova fibra può raccogliere energia meccanica sotto vari stimoli meccanici come stiramento, toccando, e iniettare acqua nella fibra utilizzando l'effetto piezoelettrico dello strato P(VDF-TrFE)/PDMS.
Il professor Hong ha detto, "Questa nuova fibra ha varie funzionalità e rende il dispositivo semplice e compatto. È una tecnologia fondamentale per lo sviluppo di dispositivi indossabili con capacità di raccolta di energia e rilevamento della deformazione".
