Электронная кожа, обладающая сверхчувствительностью, разработанная изобретательницей Женан Бао из Станфордского университета, стала еще совершеннее. Ученая продемонстрировала новые возможности своего изобретения, которые включают в себя не только фиксацию очень легкого прикосновения, но и способность идентифицировать биологические и химические молекулы. Теперь чудо-кожа способна получать энергию от новейших эластичных фотоэлементов, которые ей же и были разработаны. Это изобретение может эффективно применяться в одежде, протезах и роботах, что делает его довольно перспективным.
Сама изобретательница из Стэнфорда, Женан Бао, нацелена на создание «супер кожи». Ей уже был разработан гибкий сенсор настолько чувствительный, что улавливает даже касание лапок мухи. В настоящее время Женан работает над возможностью идентификации различных видов молекул и веществ.
Помимо прочего, такая электронная кожа будет способна обеспечить саму себя энергией, что стало возможным благодаря использованию полимерных фотоэлементов для генерирования электроэнергии. Новые фотоэлементы обладают не только повышенной гибкостью, но и способны растягиваться до тридцати процентов от нормального размера, после чего возвращаются в исходное состояние без потерь энергии и каких-либо повреждений.
Гибкий транзистор, выполненный из полимерных материалов и углерода, является основой высокотехнологичной электронной кожи. Транзистор в свою очередь содержит очень эластичный тонкий слой резины, который впрессован в решетку из крошечных перевернутых пирамид, необходимый для распознавания касаний. Нажатие уменьшает толщину данного слоя, вследствие чего изменяется прохождение электротока в транзисторе. В зависимости от необходимого уровня чувствительности в конструкции располагается от нескольких десятой части миллиона до двадцати пяти миллионов крохотных пирамид на квадратный сантиметр.
Для того, чтобы идентификация определенной биологической молекулы стала возможной, поверхность транзистора необходимо покрыть другой молекулой, с которой будет производить связь первой молекулы во время ее непосредственного контакта. Толщина покрывающего слоя должна составить всего несколько нанометров.
«В зависимости от разновидности материала, который мы кладем на сенсор, и от изменения полупроводников в транзисторе, можно настроить сенсор на распознавание химических или биологических веществ», – объясняет Бао.
Группа ученых провела успешную демонстрацию изобретения, проведя идентификацию определенного типа молекулы ДНК. Они сейчас работают над расширением возможностей идентификации белков, что должно оказаться весьма полезным для целей диагностирования в медицине. По словам ученой, каждой болезни присуши один или более специфичных белков, которые называются биологическими маркерами. Легкое распознавания данных белковых биомаркеров подарит возможность быстро диагностировать болезнь и назначать адекватное текущему состоянию пациента лечение. Использование этого подхода сделает возможной идентификацию сенсорами различных химикатов. Настройка характеристик структуры транзистора позволит высокотехнологичной электронной коже эффективно распознавать химические соединения в жидкой и парообразной среде.
Независимо от того, что конкретно определяют сенсоры, они должны осуществлять передачу электронных сигналов для передачи данных в центр обработки, которым может выступать как компьютер, так и человеческий мозг.
Если же сенсоры будут работать на энергии, получаемой из фотоэлементов, им не понадобятся дополнительные источники питания, и можно будет отказаться от использования в этих целей аккумуляторных батарей и электросети. Кроме того, благодаря этому свойству сенсоры станут мобильнее и легче, что в значительной степени позволит расширить область их применения.
Доклад Женан Бао о изобретенных ею растягивающихся фотоэлементах в скором времени появится в научных изданиях. В нем подробно описываются характеристики элемента, в том числе и способность к растяжению в одном направление. Кроме того, по заявлению изобретательницы, уже возможно создание такого фотоэлемента, который бы мог подвергаться растяжению под двумя углами. Благодаря волнистой микроструктуре, чем-то напоминающей аккордеон, элементы способны к подобным трансформациям. Жидкометаллический электрод делает возможным отличной функционирование поверхности устройства как в сжатом, так и в растянутом состоянии.
По мнению Дарен Липоми, научного сотрудника Боа и соавтор научного доклада, одной из наиболее перспективных сфер использования растягивающихся фотоэлементов, является пошив ткани для униформ и других типов одежды. По его мнению, применение данного материала просто незаменимо в местах, где кожа и ткань сильно растягиваются и подвергаются износу, например на локтях. Разработанные фотоэлементы могут эффективно использоваться на искривленных поверхностях, благодаря тому, что они не сморщиваются и не ломаются при растяжении. Это могут быть внешние части машин, архитектурные элементы и даже линзы. Новейшие фотоэлементы эффективно генерируют электричество в любом состоянии, производя при этом постоянных ток, используемый для передачи сенсорных данных.
Сама же Бао убеждена в том, что ее высокотехнологичная электронная кожа куда более совершенно, чем мимическая кожа человека. Это позволит приспособлениям и роботом осуществлять действия, невозможные для человеческой кожи.
Благодаря чувствительным сенсорам, рука робота сможет при контакте распознавать различные жидкости и идентифицировать маркеры и различные белки, что позволит роботам точно определять болезнь и текущее состояние пациента. Кроме того, такой робот с легкостью мог бы определить пьян человек или нет, лишь пожав ему руку и проанализировав частички пота.
Помимо прочего, Бао уже придумала, как заменить материалы, используемые в прототипах устройства на биодеградирующее, что сделает суперкожу не только более подвижной, но и экологически чистой.{odnaknopka}