Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho

Anna Maria Coclite ja hänen tiiminsä ovat onnistuneet tuottamaan 3in1-hybridimateriaalin, joka reagoi samanaikaisesti voiman, kosteuden ja lämpötilan kanssa erittäin korkealla resoluutiolla ja tuottaa vastaavia elektronisia signaaleja.

TU Grazin Solid State Physics -instituutin Anna Maria Cocliten kehittämä "älykäs iho" on hyvin samanlainen kuin ihmisen iho. Se tunnistaa paineen, kosteuden ja lämpötilan samanaikaisesti ja tuottaa elektronisia signaaleja.

Cocliten tutkijaryhmä on onnistunut kehittämään kolme-yhdessä hybridimateriaalin eli uuden sukupolven keinotekoisen elektronisen uudella prosessilla. Tämä älyihon jokaisella neliömillimetrillä on 2 000 yksittäistä anturia, joten hybridimateriaali on jopa herkempi kuin ihmisen sormenpää.

Jokainen näistä antureista koostuu ainutlaatuisesta materiaaliyhdistelmästä: älykkäästä polymeeristä hydrogeelin muodossa ja pietsosähköisestä sinkkioksidisesta kaivosta. Hydrogeeli voi absorboida vettä ja siten laajentua ja kutistua tunnetulla tavalla kosteuden ja lämpötilan muutoksissa ja siten kohdistaa painetta sinkkioksidiseen pietsokaivoon leveyssuunnassa. Sinkkioksidisen kaivon pystysuuntainen puristuminen mittaa sitten painetta.

Tuloksena on ohut materiaali, joka reagoi samanaikaisesti voiman, kosteuden ja lämpötilan kanssa erittäin suurella tilaresoluutiolla ja emittoi vastaavia elektronisia signaaleja.

"Ensimmäiset keinotekoiset ihonäytteet ovat vain kuusi mikrometriä paksuja mutta se voisi olla vieläkin ohuempi", sanoo Anna Maria Coclite. Vertailun vuoksi ihmisen orvaskeden paksuus on 0,03-2 millimetriä.

Ihmisen iho havaitsee asioita noin neliömillimetrin kokoisella alueelta. Älykkään ihon resoluutio on tuhatkertainen ja se voi rekisteröidä esineitä, jotka ovat liian pieniä ihmisen iholle kuten mikro-organismeja.

Yksittäiset anturikerrokset ovat erittäin ohuita ja samalla varustettu koko pinnan peittävillä anturielementeillä. Tämä oli mahdollista prosessissa, jossa tutkijat yhdistivät ensimmäistä kertaa kolme fysikaalisesta kemiasta tunnettua menetelmää: kemiallinen höyrypinnoitus hydrogeelimateriaalille, atomikerrospinnoitus sinkkioksidille ja nanoprinttaus litografia polymeerimalliin.

Ihomaiselle hybridimateriaalille on tämän myötä avautumassa useita käyttöalueita. Esimerkiksi terveydenhuollossa anturimateriaali pystyisi itsenäisesti havaitsemaan mikro-organismeja ja raportoimaan niistä sen mukaisesti. Mahdollisia ovat myös proteesit, jotka antavat käyttäjälle tietoa lämpötilasta tai kosteudesta tai robotteja, jotka voivat havaita ympäristönsä herkemmin.

Matkalla sovellukseen älykäs iho antaa ratkaisevan edun: sensoriset nanosauvat – materiaalin "älykäs ydin" - valmistetaan höyrypohjaisella valmistusprosessilla. Tämä prosessi on jo vakiintunut esimerkiksi integroitujen piirien tuotantolaitoksissa. Smart skin -tuotanto on siten helposti skaalattavissa ja toteutettavissa olemassa oleville tuotantolinjoille.

Aiheesta aiemmin:

Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa

Keinotekoinen ihon kaltainen hermojärjestelmä