Siruton ja langaton elektroninen "iho"

Useimmat langattomat anturit kommunikoivat nykyään sisäänrakennettujen viestintäsirujen kautta, jotka itse saavat virtansa pienistä paristoista. Mutta nämä perinteiset sirut ja virtalähteet ovat todennäköisesti liian tilaa vieviä seuraavan sukupolven antureille, jotka ottavat pienempiä, ohuempia ja joustavampia muotoja.

Nyt MIT:n insinöörit ovat kehittäneet uudenlaisen puettavan anturin, joka kommunikoi langattomasti ilman sisäisiä siruja tai paristoja.

Ryhmän anturisuunnittelu on eräänlainen elektroninen iho tai "e-skin" - joustava, puolijohtava kalvo, joka mukautuu ihoon kuin elektroninen teippi.

Anturin sydän on ultraohut, korkealaatuinen galliumnitridikalvo, materiaali, joka tunnetaan pietsosähköisistä ominaisuuksistaan, mikä tarkoittaa, että se voi sekä tuottaa sähköisen signaalin vasteena mekaaniseen rasitukseen että mekaanisesti värähtelemään sähköisen impulssin vaikutuksesta.

Tutkijat havaitsivat, että he voisivat hyödyntää galliumnitridin kaksisuuntaisia pietsosähköisiä ominaisuuksia ja käyttää materiaalia samanaikaisesti sekä tunnistukseen että langattomaan viestintään.

Uudessa tutkimustyössään ryhmä tuotti puhtaita, yksikiteisiä galliumnitridin näytteitä, jotka he yhdistävät johtavan kultakerroksen tehostaakseen tulevaa tai lähtevää sähköistä signaalia. He osoittivat, että laite oli riittävän herkkä värähtelemään vasteena ihmisen sydämenlyönnille ja hikoilussa olevalle suolalle. Lisäksi materiaalin värähtely synnytti sähköisen signaalin, jonka läheinen vastaanotin pystyi lukemaan.

"Sirut vaativat paljon tehoa, mutta laitteemme voisi tehdä järjestelmästä erittäin kevyen ilman virtaa kuluttavia siruja", sanoo tutkimuksen vastaava kirjoittaja Jeehwan Kim,

Jeehwan Kimin ryhmä on aiemmin kehittänyt tekniikan, nimeltään remote epitaxy , jota he ovat käyttäneet erittäin ohuiden, korkealaatuisten puolijohteiden nopeaan kasvattamiseen ja poistamiseen grafeenilla päällystetyistä kiekoista.

Uudessa työssään insinöörit käyttivät samaa tekniikkaa irrottaakseen ultraohuita yksikiteisiä galliumnitridikalvoja, jotka puhtaassa, virheettömässä muodossaan on erittäin herkkä pietsosähköinen materiaali.

Tiimi halusi käyttää puhdasta galliumnitridikalvoa sekä anturina että langattomana kommunikaattorina pinta-akustisista aalloista, jotka ovat pohjimmiltaan värähtelyjä kalvojen poikki. Näiden aaltojen kuviot voivat viitata henkilön sykkeen tai vielä hienovaraisemmin tiettyjen yhdisteiden, kuten hien suolan, esiintymiseen iholla.

Tutkijat olettivat, että ihoon kiinnitetyllä galliumnitridipohjaisella anturilla olisi oma luontainen, "resonoiva" värähtely tai taajuus, jonka pietsosähköinen materiaali muuttaisi samanaikaisesti sähköiseksi signaaliksi, jonka taajuuden langaton vastaanotin voisi rekisteröidä. Mikä tahansa muutos ihon tilassa, kuten syke kiihtymisestä, vaikuttaisi anturin mekaanisiin värähtelyihin ja sähköiseen signaaliin, jonka se lähettää automaattisesti vastaanottimeen.

"Jos pulssissa tapahtuu muutoksia, hiessä on kemikaaleja tai jopa ultraviolettialtistus iholle, kaikki tämä toiminta voi muuttaa galliumnitridikalvon pinta-akustisten aaltojen kuviota", Yeongin Kim huomauttaa. "Ja kalvomme herkkyys on niin korkea, että se pystyy havaitsemaan nämä muutokset."

Aiheesta aiemmin:

Seuraavan sukupolven älykäs keinoiho

Kohti ihon kaltaista elektroniikkaa