Eletrônicos pixelizados construídos com materiais semelhantes à pele, em conformidade com as curvas complexas de uma mão. Crédito:L.A. Cicero
Das muitas maneiras como os humanos entendem nosso mundo - com nossos olhos, ouvidos, nariz e boca - nenhum é menos apreciado do que nossas mãos táteis e versáteis. Graças aos nossos dedos sensíveis, podemos sentir o calor antes de tocarmos a chama, ou sentir a suavidade da bochecha de um recém-nascido.
Mas as pessoas com membros protéticos vivem em um mundo sem toque. Restaurar alguma aparência dessa sensação tem sido a força motriz por trás da busca de décadas do engenheiro químico de Stanford, Zhenan Bao, para criar elasticidade, materiais sintéticos eletronicamente sensíveis. Tal descoberta poderia um dia servir como coberturas semelhantes à pele para próteses. Mas a curto prazo, esta mesma tecnologia pode se tornar a base para a evolução de um novo gênero de eletrônica flexível que está em total contraste com os smartphones rígidos que muitos de nós carregamos, cautelosamente, em nossos bolsos traseiros.
Agora, em 19 de fevereiro Natureza papel, Bao e sua equipe descrevem duas inovações técnicas que podem concretizar essa meta de 20 anos:a criação de um extensível, circuito de polímero com sensores de toque integrados para detectar a pegada delicada de uma joaninha artificial. E embora essa conquista técnica seja um marco, o segundo, e mais prático, avanço é um método para produzir em massa esta nova classe de flexível, eletrônicos extensíveis - uma etapa crítica no caminho para a comercialização, Disse Bao.
"A pesquisa em pele sintética e eletrônica flexível percorreu um longo caminho, mas até agora ninguém havia demonstrado um processo para fabricar de forma confiável circuitos extensíveis, "Bao disse.
A esperança de Bao é que os fabricantes possam um dia ser capazes de fazer folhas de eletrônicos à base de polímeros incorporados com uma ampla variedade de sensores, e, eventualmente, conectá-los flexíveis, circuitos polivalentes com o sistema nervoso de uma pessoa. Tal produto seria análogo à rede sensorial bioquímica muito mais complexa e ao "material" de proteção de superfície que chamamos de pele humana, que pode não apenas sentir o toque, mas a temperatura e outros fenômenos, também. Mas muito antes de a pele artificial se tornar possível, os processos relatados neste Natureza papel vai permitir a criação de dobráveis, telas sensíveis ao toque extensíveis, roupas eletrônicas ou adesivos semelhantes à pele para aplicações médicas.
Camada por camada
Bao disse que seu processo de produção envolve várias camadas de polímeros da nova era, alguns que fornecem a elasticidade do material e outros com malhas eletrônicas intrincadamente padronizadas. Ainda, outros servem como isolantes para isolar o material eletronicamente sensível. Uma etapa do processo de produção envolve o uso de uma impressora jato de tinta para, em essência, pintar em certas camadas.
Aluno de pós-graduação Weichen Wang, deixou, e o acadêmico de pós-doutorado Jie Xu trabalham juntos no laboratório Bao para preparar uma matriz de transistores extensível. Crédito:L.A. Cicero
"Projetamos todas essas camadas e seus elementos ativos para funcionarem juntos na perfeição, "disse o pós-doutorado Sihong Wang, co-autor principal do artigo.
A equipe formou com sucesso seu material em quadrados de cerca de duas polegadas de um lado contendo mais de 6, 000 dispositivos individuais de processamento de sinal que agem como terminações nervosas sintéticas. Tudo isso encapsulado em uma camada protetora à prova d'água.
O protótipo pode ser esticado para dobrar suas dimensões originais - e vice-versa - ao mesmo tempo em que mantém sua capacidade de conduzir eletricidade sem rachaduras, delaminação ou rugas. Para testar a durabilidade, a equipe esticou uma amostra mais de mil vezes sem danos significativos ou perda de sensibilidade. O verdadeiro teste veio quando os pesquisadores colaram sua amostra em uma mão humana.
"Funciona muito bem, mesmo em superfícies de formato irregular, "disse o pós-doutorado Jie Xu, e o outro co-autor principal do artigo.
Talvez o mais promissor de tudo, o processo de fabricação descrito neste artigo pode se tornar uma plataforma para avaliar outros materiais eletrônicos extensíveis desenvolvidos por outros pesquisadores que podem um dia começar a substituir a eletrônica rígida de hoje.
Bao disse que há muito trabalho pela frente antes que esses novos materiais e processos sejam tão onipresentes e capazes quanto circuitos de silício rígidos. Primeiro, ela disse, sua equipe deve melhorar a velocidade eletrônica e o desempenho de seu protótipo, mas este é um passo promissor.
"Acredito que estamos à beira de um novo mundo de eletrônicos, "Bao disse.
