Nanotorudest valmistatud vedrudest loodi naha-sarnased sensorid

USA Stanfordi Ülikooli teadlased valmistasid väga elastse, läbipaistva õhukese kile, mis juhib erakordselt hästi elektrit. Kile valmistati vedrusarnastest lainelistest süsinikust nanotorudest ning neid saab kasutada elektroodi ainena „naha-sarnastes“ surve ja venivuse sensorites.

Seesugused seadmed võivad tulevikus aidata taastada amputeeritute, vigastatud sõdurite ning põletusohvrite naha puudutuse ja surve tundlikkust. Samuti võib meeskonna sõnul seadet rakendada robootikas ja puutetundlike arvutiekraanide arendamisel, kirjutab Physicsworld.com.

Zhenan Bao ja kolleegid valmistasid läbipaistvad elastsed kiled nii, et süsinikust nanotorude lahus kanti aerograafiga lameda räniplaadi ülemisele ja alumisele pinnale. Peale katmist venitasid uurijad räniplaati. Kui plaat seejärel lõdvenes, moodustasid nanotorud loomulikult lainjaid, vedrusarnaseid struktuure. Need struktuurid käituvad elektroodidena, mis võivad täpselt mõõta ainele avaldatud jõu.

Seadeldis töötab kondensaatorina, sest ränikiht salvestab elektrilaengut aku sarnaselt. Kui sensorile avaldatakse survet, tõmbub ränikiht kokku, mis muudab talletatava elektrilaengu võimalikku hulka. Salvestatava laengu väärtust mõõdetakse räniplaati ülevalt ja alt katvate süsinikust nanotorude abil.

Kui kilet taas venitada, sirgenevad nanotorud venitatavas suunas. Õhukese kile elektrijuhtivus ei muutu seni, kuni ainet ei venitata rohkem kui esialgselt. Kilet on võimalik venitada kuni kaks ja pool korda selle esialgsest pikkusest suuremaks ning igasse suunda ilma kilele kahju tekitamata. Kile taastab alati oma esialgsed mõõtmed isegi peale korduvaid venitusi. Täielikult väljavenitatuna on kile elektrijuhtivuseks 2200 S/cm ning see võib avastada surve väärtusega umbes 50 kPa, mis umbkaudselt vastab uurijate sõnul „tugevale sõrmenäpistusele“.

Meeskonna liige Darren Lipomi sõnas: „Me lõime tõenäoliselt esimese venitatava, läbipaistva, nahataolise sensori – nii koos nanotorudega kui ka ilma.“

Kilet võib olla võimalik rakendada mitmesugustes valdkondades, sealhulgas mobiilseadmete ekraanides, mis on võimelised tunnetama eriloomuliste survete avaldamist (mitte ainult puudutust); puuteekraanide sensorites, mis on kokkupandavad, venitatavad ja peaaegu hävitamatud; läbipaistvates elektroodides päikesepaneelides, mida võiks mähkida ümber sõidukite ja ehitiste kumerate pindade ilma kilet kortsutamata; ning ka robotite ja tehisintellekti süsteemide sensorites.

Veel rakendusi

„Kasu võivad saada ka teised, näiteks „biotagasisidet“ vajavad süsteemid. Seesugused on näiteks „targad“ roolid, mis oleksid võimelised tunnetama, kui juht peaks magama jääma,“ lisas Lipomi. „Ainest valmistatud kunstlikku nahka võib ka kasutada amputeeritute, vigastatud sõdurite ja põletusohvrite puutetundlikkuse taastamiseks, kui neid ühendada selle tehisnahaga kaetud tehisjäsemetega.”

Kannustatuna esialgsetest uurimustulemustest loodab meeskond nüüd parandada seadme survetundlikkust. Seni keskendusid teadlased kilede valmistamisel struktuuride venitatavaks ja läbipaistvaks muutmisele, kuid mitte tundlikkusele. Nad sooviksid ka ühendada nahasarnased survesensorid neuronitega ning ka päikesepatareide elektroodidega.

„Tulevikus peaks olema võimalik kasutada neid kilesid orgaaniliste, nahasarnaste seadmete kavandamisel, millel oleksid teisedki inimlikud – ja „üliinimlikud“ – omadused, näiteks võime tajuda niiskust, temperatuuri, valgust ja isegi keemilisi ja bioloogilisi liike,“ sõnas Lipomi.

Vaata ka videot kile loomisest ja rakendusvõimalustest – siit.

Allikas

Teadusartikkel: ,,Skin-like pressure and strain sensors based on transparent elastic films of carbon nanotubes“