Con l'importanza degli ambienti senza contatto in crescita a causa del COVID-19, i dispositivi elettronici tattili che utilizzano la tecnologia tattile stanno guadagnando terreno come nuovi mezzi di comunicazione.

La tecnologia aptica viene applicata in una vasta gamma di campi come la robotica o i display interattivi. I guanti aptici vengono utilizzati per la tecnologia della comunicazione dell'informazione aumentata. I materiali piezoelettrici efficienti in grado di convertire vari stimoli meccanici in segnali elettrici e viceversa sono un prerequisito per il progresso della tecnologia tattile ad alte prestazioni.

Un team di ricerca guidato dal professor Seungbum Hong ha confermato il potenziale dei dispositivi tattili sviluppando materiali piezoelettrici in ceramica tre volte più deformabili. Per la fabbricazione di nanomateriali altamente deformabili, il team di ricerca ha costruito una nanostruttura cava di ossido di zinco utilizzando nanomodelli di campo di prossimità e deposizione atomica a strati. Il coefficiente piezoelettrico è stato misurato pari a circa 9,2 pm/V e il test di compressione nanopillar ha mostrato un limite di deformazione elastica di circa il 10%, che è più di tre volte maggiore di quella dell'ossido di zinco sfuso.

Le ceramiche piezoelettriche hanno un alto coefficiente piezoelettrico con un basso limite di deformazione elastica, mentre è vero il contrario per i polimeri piezoelettrici. Perciò, è stato molto difficile ottenere buone prestazioni sia in alti coefficienti piezoelettrici che in alti limiti di deformazione elastica. Per rompere il limite elastico della ceramica piezoelettrica, il team di ricerca ha introdotto una nanostruttura cava a traliccio tridimensionale con pareti sottili su scala nanometrica.

Secondo il criterio di Griffith, la resistenza alla frattura di un materiale è inversamente proporzionale alla radice quadrata della dimensione del difetto preesistente. Però, un grande difetto è meno probabile che si verifichi in una piccola struttura, quale, a sua volta, aumenta la resistenza del materiale. Perciò, l'implementazione della forma di una nanostruttura cava a traliccio tridimensionale con pareti sottili su scala nanometrica può estendere il limite elastico del materiale. Per di più, una struttura 3D monolitica può sopportare grandi sollecitazioni in tutte le direzioni, prevenendo contemporaneamente la perdita dal collo di bottiglia. In precedenza, la proprietà di frattura dei materiali ceramici piezoelettrici era difficile da controllare, a causa della grande variazione nelle dimensioni delle fessure. Però, il team di ricerca ha limitato strutturalmente le dimensioni delle crepe per gestire le proprietà di frattura.

I risultati del professor Hong dimostrano il potenziale per lo sviluppo di materiali piezoelettrici ceramici altamente deformabili migliorando il limite elastico utilizzando una nanostruttura cava 3-D. Poiché l'ossido di zinco ha un coefficiente piezoelettrico relativamente basso rispetto ad altri materiali ceramici piezoelettrici, l'applicazione della struttura proposta a tali componenti ha promesso migliori risultati in termini di attività piezoelettrica.

"Con l'avvento dell'era senza contatto, l'importanza della comunicazione emotiva è in aumento. Attraverso lo sviluppo di nuove tecnologie di interazione tattile, oltre all'attuale comunicazione visiva e uditiva, l'umanità entrerà in una nuova era in cui potrà comunicare con chiunque utilizzando tutti e cinque i sensi, indipendentemente dalla posizione, come se fosse con loro di persona, "Ha detto il professor Hong.

"Mentre devono essere condotte ulteriori ricerche per realizzare l'applicazione dei progetti proposti per i dispositivi di miglioramento tattile, questo studio ha un alto valore in quanto risolve uno dei problemi più impegnativi nell'uso della ceramica piezoelettrica, specificamente aprendo nuove possibilità per la loro applicazione superando i loro vincoli meccanici.