Inspirerad av beteendet hos naturlig hud, forskare vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har utvecklat en sensor som kommer att vara lämplig för användning med elektronisk hud. Det kan mäta förändringar i kroppstemperatur, och reagerar på både solljus och varm beröring.

Robotik, proteser som reagerar på beröring, och hälsoövervakning är tre områden där forskare globalt arbetar för att utveckla elektronisk hud. De vill att en sådan hud ska vara flexibel och ha någon form av känslighet. Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik vid Linköpings universitet har nu tagit steg mot ett sådant system genom att kombinera flera fysiska fenomen och material. Resultatet är en sensor som liknar mänsklig hud, kan känna av temperaturvariationer som härrör från beröring av ett varmt föremål, samt värmen från solstrålningen.

"Vi har inspirerats av naturen och dess metoder för att känna av värme och strålning", säger Mina Shiran Chaharsoughi, doktorand i gruppen Organisk fotonik och nanooptik vid Laboratory of Organic Electronics.

Tillsammans med kollegor har hon utvecklat en sensor som kombinerar pyroelektriska och termoelektriska effekter med ett nanooptiskt fenomen.

En spänning uppstår i pyroelektriska material när de värms eller kyls. Det är temperaturförändringen som ger en signal, som är snabb och stark, men det förfaller nästan lika snabbt.

I termoelektriska material, i kontrast, en spänning uppstår när materialet har en kall och en varm sida. Signalen här uppstår långsamt, och det måste gå lite tid innan det kan mätas. Värmen kan uppstå från en varm beröring eller från solen; allt som krävs är att den ena sidan är kallare än den andra.

"Vi ville njuta av det bästa av två världar, så vi kombinerade en pyroelektrisk polymer med en termoelektrisk gel utvecklad i ett tidigare projekt av Dan Zhao, Simone Fabiano och andra kollegor vid Laboratory of Organic Electronics. Kombinationen ger en snabb och stark signal som varar så länge stimulansen finns", säger Magnus Jonsson, ledare för gruppen Organic Photonics and Nano-optics.

Vidare, det visade sig att de två materialen interagerar på ett sätt som förstärker signalen.

Den nya sensorn använder också en annan nanooptisk enhet som kallas plasmons.

"Plasmoner uppstår när ljus interagerar med nanopartiklar av metaller som guld och silver. Det infallande ljuset får elektronerna i partiklarna att oscillera unisont, som bildar plasmonen. Detta fenomen ger nanostrukturerna extraordinära optiska egenskaper, såsom hög spridning och hög absorption", Magnus Jonsson förklarar.

I tidigare arbeten, han och hans medarbetare har visat att en guldelektrod som är perforerad med nanohål absorberar ljus effektivt med hjälp av plasmoner. Det absorberade ljuset omvandlas sedan till värme. Med en sådan elektrod, en tunn guldfilm med nanohål, på den sida som vetter mot solen, sensorn kan också snabbt omvandla synligt ljus till en stabil signal.

Som en extra bonus, sensorn är också tryckkänslig.

"En signal uppstår när vi trycker på sensorn med ett finger, men inte när vi utsätter den för samma tryck med en plastbit. Den reagerar på värmen från handen", säger Magnus Jonsson.

Förutom Mina Shiran Chaharsoughi och Magnus Jonsson, deras kollegor Dan Zhao, Simone Fabiano och professor Xavier Crispin vid Laboratory of Organic Electronics har också bidragit till studien, vars resultat nyligen har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Advanced Functional Materials.