Av de många sätt som människor förstår vår värld - med våra ögon, öron, näsa och mun - ingen är kanske mindre uppskattad än våra taktila och mångsidiga händer. Tack vare våra känsliga fingertoppar, vi kan känna värmen innan vi rör vid lågan, eller känna mjukheten hos en nyfödd kind.

Men människor med protetiska lemmar lever i en värld utan beröring. Att återställa denna känsla har varit en drivkraft bakom Stanford-kemiingenjören Zhenan Baos decennier långa strävan efter att skapa töjbara, elektroniskt känsliga syntetmaterial. Ett sådant genombrott kan en dag fungera som hudliknande beläggningar för proteser. Men på kort sikt, samma teknik kan bli grunden för utvecklingen av en ny genre av flexibel elektronik som står i skarp kontrast till stela smartphones som många av oss bär, försiktigt, i våra bakfickor.

Nu, i 19 februari Natur papper, Bao och hennes team beskriver två tekniska förstapunkter som skulle kunna nå detta 20-åriga mål:skapandet av en töjbar, polymerkretsar med integrerade beröringssensorer för att upptäcka det känsliga fotavtrycket hos en konstgjord nyckelpiga. Och även om denna tekniska prestation är en milstolpe, den andra, och mer praktiskt, förskott är en metod för att massproducera denna nya klass av flexibla, stretchbar elektronik - ett kritiskt steg på vägen till kommersialisering, Sa Bao.

"Forskning på syntetisk hud och flexibel elektronik har kommit långt, men tills nu hade ingen demonstrerat en process för att på ett tillförlitligt sätt tillverka sträckbara kretsar, "Sa Bao.

Baos förhoppning är att tillverkarna en dag kan göra ark av polymerbaserad elektronik inbäddade med en mängd olika sensorer, och så småningom ansluta dessa flexibla, mångsidiga kretsar med en persons nervsystem. En sådan produkt skulle vara analog med det mycket mer komplexa biokemiska sensoriska nätverket och ytskyddet "material" som vi kallar mänsklig hud, som inte bara kan känna beröring, men temperatur och andra fenomen, också. Men långt innan konstgjord hud blir möjlig, processerna som rapporteras i detta Natur papper gör det möjligt att skapa vikbara, töjbara pekskärmar, elektroniska kläder eller hudliknande plåster för medicinska applikationer.

Lager på lager

Bao sa att deras produktionsprocess innefattar flera lager av new age-polymerer, vissa som ger materialets elasticitet och andra med invecklat mönstrade elektroniska maskor. Fortfarande, andra fungerar som isolatorer för att isolera det elektroniskt känsliga materialet. Ett steg i produktionsprocessen innebär användning av en bläckstråleskrivare för att, i huvudsak, måla på vissa lager.

"Vi har konstruerat alla dessa lager och deras aktiva element för att fungera felfritt, "sa postdoktoristen Sihong Wang, medledande författare till tidningen.

Teamet har framgångsrikt utformat sitt material i rutor på cirka två tum på en sida som innehåller mer än 6, 000 individuella signalbehandlingsanordningar som fungerar som syntetiska nervändar. Allt detta är inkapslat i ett vattentätt skyddande lager.

Prototypen kan sträckas till dubbla sina ursprungliga dimensioner - och tillbaka igen - samtidigt som den behåller sin förmåga att leda elektricitet utan sprickor, delaminering eller rynkor. För att testa hållbarhet, laget sträckte ett prov mer än tusen gånger utan betydande skada eller förlust av känslighet. Det verkliga testet kom när forskarna vidhäftade sitt prov till en mänsklig hand.

"Det fungerar jättebra, även på oregelbundet formade ytor, "sa postdoktor Jie Xu, och tidningens andra medledande författare.

Kanske mest lovande av alla, tillverkningsprocessen som beskrivs i detta dokument kan bli en plattform för utvärdering av andra töjbara elektroniska material som utvecklats av andra forskare som en dag kan börja ersätta dagens styva elektronik.

Bao sa att mycket arbete väntar innan dessa nya material och processer är lika allestädes närvarande och kapabla som stela kiselkretsar. Först ut, Hon sa, hennes team måste förbättra sin elektroniska hastighet och prestanda, men detta är ett lovande steg.

"Jag tror att vi är på gränsen till en helt ny värld av elektronik, "Sa Bao.