L'électronique pixélisée construite avec des matériaux ressemblant à de la peau se conforme aux courbes complexes d'une main. Crédit :L.A. Cicéron
Parmi les nombreuses façons dont les humains donnent un sens à notre monde - avec nos yeux, oreilles, nez et bouche - aucune n'est peut-être moins appréciée que nos mains tactiles et polyvalentes. Grâce à nos doigts sensibles, nous pouvons sentir la chaleur avant de toucher la flamme, ou sentir la douceur de la joue d'un nouveau-né.
Mais les personnes portant des prothèses vivent dans un monde sans contact. Restaurer un semblant de cette sensation a été une force motrice derrière la quête de plusieurs décennies de l'ingénieur chimiste de Stanford Zhenan Bao pour créer extensible, matériaux synthétiques sensibles à l'électronique. Une telle percée pourrait un jour servir de revêtement semblable à la peau pour les prothèses. Mais à court terme, cette même technologie pourrait devenir la base de l'évolution d'un nouveau genre d'électronique flexible qui contraste fortement avec les smartphones rigides que beaucoup d'entre nous portent, avec précaution, dans nos poches arrière.
Maintenant, dans un 19 février La nature papier, Bao et son équipe décrivent deux premières techniques qui pourraient concrétiser cet objectif de 20 ans :la création d'un tissu extensible, circuits en polymère avec capteurs tactiles intégrés pour détecter l'empreinte délicate d'une coccinelle artificielle. Et bien que cette réalisation technique soit une étape importante, la deuxième, et plus pratique, avance est une méthode pour produire en masse cette nouvelle classe de flexibles, électronique extensible – une étape critique sur la voie de la commercialisation, dit Bao.
"La recherche sur la peau synthétique et l'électronique flexible a parcouru un long chemin, mais jusqu'à présent personne n'avait démontré un procédé pour fabriquer de manière fiable des circuits étirables, " dit Bao.
L'espoir de Bao est que les fabricants puissent un jour fabriquer des feuilles d'électronique à base de polymère intégrées avec une grande variété de capteurs, et éventuellement connecter ces flexibles, circuits polyvalents avec le système nerveux d'une personne. Un tel produit serait analogue au réseau sensoriel biochimique beaucoup plus complexe et au « matériau » de protection de surface que nous appelons la peau humaine, qui peut non seulement sentir le toucher, mais la température et d'autres phénomènes, également. Mais bien avant que la peau artificielle ne devienne possible, les processus rapportés dans ce La nature papier permettra la création de pliable, écrans tactiles extensibles, vêtements électroniques ou patchs imitant la peau pour applications médicales.
Couche par couche
Bao a déclaré que leur processus de production implique plusieurs couches de polymères new-age, certains qui fournissent l'élasticité du matériau et d'autres avec des maillages électroniques à motifs complexes. Toujours, d'autres servent d'isolants pour isoler le matériel électroniquement sensible. Une étape du processus de production implique l'utilisation d'une imprimante à jet d'encre pour, en substance, peindre sur certaines couches.
Étudiant diplômé Weichen Wang, la gauche, et le chercheur postdoctoral Jie Xu travaillent ensemble dans le laboratoire de Bao pour préparer un réseau de transistors extensible. Crédit :L.A. Cicéron
"Nous avons conçu toutes ces couches et leurs éléments actifs pour qu'ils fonctionnent parfaitement ensemble, " a déclaré la chercheuse post-doctorale Sihong Wang, co-auteur principal de l'article.
L'équipe a réussi à façonner son matériel en carrés d'environ deux pouces de côté contenant plus de 6, 000 dispositifs individuels de traitement du signal qui agissent comme des terminaisons nerveuses synthétiques. Tout cela est encapsulé dans une couche protectrice imperméable.
Le prototype peut être étiré pour doubler ses dimensions d'origine - et inversement - tout en conservant sa capacité à conduire l'électricité sans fissures, délaminage ou plis. Pour tester la durabilité, l'équipe a étiré un échantillon plus de mille fois sans dommage significatif ni perte de sensibilité. Le vrai test est venu lorsque les chercheurs ont collé leur échantillon à une main humaine.
"Ça marche très bien, même sur des surfaces de forme irrégulière, " a déclaré le chercheur postdoctoral Jie Xu, et l'autre co-auteur principal de l'article.
Peut-être le plus prometteur de tous, le processus de fabrication décrit dans cet article pourrait devenir une plate-forme pour évaluer d'autres matériaux électroniques extensibles développés par d'autres chercheurs qui pourraient un jour commencer à remplacer l'électronique rigide d'aujourd'hui.
Bao a déclaré que beaucoup de travail reste à faire avant que ces nouveaux matériaux et processus ne soient aussi omniprésents et capables que les circuits en silicium rigides. Le premier debout, elle a dit, son équipe doit améliorer la vitesse électronique et les performances de leur prototype, mais c'est une étape prometteuse.
"Je crois que nous sommes à la veille d'un tout nouveau monde de l'électronique, " dit Bao.
