Tyger som innehåller flexibel elektronik förekommer i många nya produkter, som kläder med inbyggda skärmar och solpaneler. Mer imponerande, dessa tyger kan fungera som elektroniska skinn som kan känna av sin omgivning och kan ha tillämpningar inom robotik och protesmedicin. Forskare vid King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), Saudiarabien, har nu utvecklat smarta trådar som känner av styrkan och placeringen av tryck som utövas på dem.
De flesta flexibla sensorer fungerar genom att detektera förändringar i de elektriska egenskaperna hos material som svar på tryck, temperatur, fukt eller närvaro av gaser. Elektroniska skal är uppbyggda som arrayer av flera individuella sensorer. Dessa arrayer behöver för närvarande komplexa ledningar och dataanalyser, vilket gör dem för tunga, stor eller dyr för storskalig produktion.
Yanlong Tai och Gilles Lubineau från universitetets avdelning för fysikalisk vetenskap och teknik har hittat ett annat tillvägagångssätt. De byggde sina smarta trådar av bomullstrådar belagda med lager av ett av nanoteknologins mirakelmaterial:enkelväggiga kolnanorör (SWCNT).
"Bomullstrådar är ett klassiskt material för tyger, så de verkade vara ett logiskt val, ", sa Lubineau. "Nätverk av nanorör är också kända för att ha piezoresistiva egenskaper, vilket betyder att deras elektriska motstånd beror på det applicerade trycket."
Forskarna visade att deras trådar hade minskat motstånd när de utsattes för starkare mekaniska påfrestningar, och avgörande amplituden av resistansförändringen berodde också på tjockleken på SWCNT-beläggningen.
Dessa fynd ledde forskarna till sitt största genombrott:de utvecklade trådar av graderad tjocklek med ett tjockt SWCNT-lager i ena änden som smalnar av till ett tunt lager i den andra änden. Sedan, genom att kombinera trådar i par – en med graderad tjocklek och en med enhetlig tjocklek – kunde forskarna inte bara upptäcka styrkan hos en applicerad tryckbelastning, men också lastens läge längs gängorna.
"Vårt system är inte den första tekniken som känner av både styrkan och positionen för applicerade tryck, men vår graderade struktur undviker behovet av komplicerade elektrodledningar, tung dataregistrering och analys, " sa Tai.
Forskarna har använt sina smarta trådar för att bygga två- och tredimensionella arrayer som exakt upptäcker tryck liknande dem som riktiga människor och robotar kan utsättas för.
"Vi hoppas att elektroniska skal tillverkade av våra smarta trådar kan gynna alla robotar eller medicinska proteser där tryckavkänning är viktigt, som konstgjorda händer, sa Lubineau.
