Gli ultimi decenni hanno visto progressi sorprendenti nella tecnologia dell'immagine, dai sensori ottici ad alta velocità che elaborano oltre due milioni di fotogrammi al secondo alle minuscole fotocamere senza obiettivo che registrano immagini utilizzando un singolo pixel.
In uno studio pubblicato su Advanced Materials , i ricercatori del SANKEN (Istituto di ricerca scientifica e industriale), presso l'Università di Osaka, hanno sviluppato un sensore ottico su un foglio ultrasottile e flessibile che può essere piegato senza rompersi. Infatti, questo sensore è così flessibile che funzionerà anche dopo essere stato appallottolato.
In una fotocamera, il sensore ottico è il dispositivo che rileva la luce che passa attraverso una lente, simile alla retina all'interno dell'occhio umano.
"I sensori ottici convenzionali sono costruiti utilizzando semiconduttori inorganici e materiali ferroelettrici", afferma Rei Kawabata, autore principale dello studio. "Ciò rende i sensori rigidi e incapaci di piegarsi. Per evitare questo problema, abbiamo cercato un modo diverso di rilevare la luce."
Invece dei tradizionali sensori di luce, i ricercatori utilizzano una serie di minuscoli fotorilevatori di nanotubi di carbonio stampati su un substrato polimerico ultrasottile (meno di 5 μm). Quando esposti alla luce, i nanotubi di carbonio si riscaldano, creando un gradiente termico che genera quindi un segnale di tensione.
Il drogaggio dei nanotubi con trasportatori chimici durante la stampa ne aumenta ulteriormente la sensibilità. Utilizzando questi nanotubi è possibile misurare la luce visibile e la luce infrarossa, come quelle legate al calore o alle molecole.
Oltre ai sensori in nanotubi di carbonio, sul substrato polimerico vengono stampati anche transistor organici per organizzare i segnali di tensione in un segnale immagine. Per leggere questo segnale, non è necessario che un computer sia fisicamente collegato tramite fili al sensore. Viene invece utilizzato un modulo Bluetooth wireless.
"Insieme a questo sistema wireless, il nostro imager può fissare oggetti morbidi e curvi per analizzarne le superfici o l'interno senza danneggiarli", afferma Teppei Araki, autore senior dello studio.
I ricercatori hanno costruito un prototipo del sensore ottico a foglio e ne hanno testato la capacità di percepire il calore proveniente da oggetti come dita o fili umani, nonché il glucosio che scorre attraverso i tubi. Hanno scoperto che il sensore ottico ha un’elevata sensibilità su un’ampia gamma di lunghezze d’onda. Inoltre, a temperatura ambiente e in condizioni atmosferiche, i test hanno dimostrato che ha un'elevata resistenza alla flessione e ha funzionato anche dopo che si è accartocciato.
I vantaggi unici di questo sistema di misurazione wireless e del sensore ottico a foglio porteranno a modi nuovi e più semplici per eseguire molte attività, come valutare la qualità del liquido senza doverlo campionare. I ricercatori ritengono che sia molto promettente in molte applicazioni come l'imaging non distruttivo, i dispositivi indossabili e la robotica morbida.
Ulteriori informazioni: Rei Kawabata et al, Imager wireless ultraflessibile integrato con circuiti organici per l'analisi termica a infrarossi a banda larga, Materiali avanzati (2024). DOI:10.1002/adma.202309864
Informazioni sul giornale: Materiali avanzati
Fornito dall'Università di Osaka
