Imagine uma tela digital flexível que se recupera quando quebra, ou um robô emissor de luz que localiza sobreviventes no escuro, ambientes perigosos ou realiza tarefas agrícolas e de exploração do espaço. Um novo material desenvolvido por uma equipe de pesquisadores do NUS poderia transformar essas ideias em realidade.

O novo material elástico, quando usado em dispositivos capacitores emissores de luz, permite iluminação altamente visível em tensões operacionais muito mais baixas, e também é resiliente a danos devido às suas propriedades de autocura.

Esta inovação, chamado de HELIOS (que significa Healable, Dispositivo de iluminação optoeletrônica Stretchable de baixo campo, foi alcançado pelo professor assistente Benjamin Tee e sua equipe do Instituto NUS para Inovação e Tecnologia em Saúde e Ciência e Engenharia de Materiais da NUS. Os resultados da pesquisa foram relatados pela primeira vez em Materiais da Natureza em 16 de dezembro de 2019.

Durável, material de baixa potência para wearables eletrônicos de última geração e robôs macios

"Os materiais optoeletrônicos extensíveis convencionais requerem alta voltagem e altas frequências para atingir o brilho visível, que limita a portabilidade e vida útil operacional. Esses materiais também são difíceis de aplicar com segurança e silenciosamente em interfaces homem-máquina, "explicou Asst Prof Tee, que também é da NUS Electrical and Computer Engineering, N.1 Institute for Health e o programa Hybrid Integrated Flexible Electronic Systems.

Para superar esses desafios, a equipe de cinco pesquisadores da NUS começou a estudar e experimentar possíveis soluções em 2018, e eventualmente desenvolveu HELIOS após um ano.

A fim de reduzir as condições de operação eletrônica de materiais optoeletrônicos elásticos, a equipe desenvolveu um material com altíssima permissividade dielétrica e propriedades de autocura. O material é transparente, folha de borracha elástica composta de uma mistura única de fluoroelastômero e surfactante. A alta permissividade dielétrica permite armazenar mais cargas eletrônicas em tensões mais baixas, permitindo um brilho mais alto quando usado em um dispositivo capacitor emissor de luz.

Ao contrário dos capacitores emissores de luz extensíveis existentes, Dispositivos habilitados para HELIOS podem ligar em tensões quatro vezes mais baixas, e obter uma iluminação mais de 20 vezes mais brilhante. Ele também alcançou uma iluminação de 1460 cd / m ² a 2,5 V / µm, o mais brilhante alcançado por capacitores emissores de luz extensíveis até o momento, e agora é comparável ao brilho das telas de telefones celulares. Devido ao baixo consumo de energia, HELIOS pode alcançar uma vida útil operacional mais longa, ser utilizado com segurança em interfaces homem-máquina, e ser alimentado sem fio para melhorar a portabilidade.

HELIOS também é resistente a rasgos e perfurações. As ligações reversíveis entre as moléculas do material podem ser quebradas e reformadas, permitindo assim que o material se autocure em condições ambientais ambientais.

Descrevendo o impacto potencial do HELIOS, Asst Prof Tee disse:"A luz é um modo essencial de comunicação entre humanos e máquinas. À medida que os humanos se tornam cada vez mais dependentes de máquinas e robôs, há um grande valor em usar HELIOS para criar dispositivos ou visores emissores de luz "invencíveis" que não são apenas duráveis, mas também eficientes em termos de energia. Isso poderia gerar economia de custos a longo prazo para fabricantes e consumidores, reduzir o lixo eletrônico e o consumo de energia, e, por sua vez, permitem que tecnologias avançadas de exibição se tornem mais amigáveis ​​ao meio ambiente e à carteira. "

Por exemplo, HELIOS pode ser usado para fabricar telas sem fio de longa duração à prova de danos. Ele também pode funcionar como uma capa eletrônica iluminadora para robôs macios autônomos a serem implantados em agricultura interna inteligente, missões espaciais ou zonas de desastre. Tendo um baixo consumo de energia, A pele iluminada de auto-reparo fornecerá iluminação de segurança para o robô manobrar no escuro enquanto permanece operacional por períodos prolongados.

A equipe NUS entrou com um pedido de patente para o novo material, e está procurando expandir a tecnologia para embalagens especiais, luzes de segurança, dispositivos vestíveis, aplicações automotivas e robóticas.