De senaste decennierna har sett häpnadsväckande framsteg inom bildteknik, från höghastighets optiska sensorer som bearbetar över två miljoner bilder per sekund till små objektivfria kameror som spelar in bilder med en enda pixel.
I en studie publicerad i Advanced Materials , har forskare från SANKEN (The Institute of Scientific and Industrial Research), vid Osaka University utvecklat en optisk sensor på ett ultratunt, flexibelt ark som kan böjas utan att gå sönder. Faktum är att den här sensorn är så flexibel att den fungerar även efter att den har skrynklats ihop till en boll.
I en kamera är den optiska sensorn enheten som känner av ljuset som har passerat genom en lins, liknande näthinnan inuti ett mänskligt öga.
"Konventionella optiska sensorer är byggda med hjälp av oorganiska halvledare och ferroelektriska material", säger Rei Kawabata, huvudförfattare till studien. "Detta gör sensorerna stela och oförmögna att böja sig. För att undvika detta problem tittade vi på ett annat sätt att upptäcka ljus."
Istället för traditionella ljussensorer använder forskarna en rad små kolnanorörsfotodetektorer tryckta på ett ultratunt polymersubstrat (mindre än 5 μm). När de utsätts för ljus värms kolnanorören upp, vilket skapar en termisk gradient som sedan genererar en spänningssignal.
Doping av nanorören med kemiska bärare under utskrift ökar deras känslighet ytterligare. Med hjälp av dessa nanorör kan såväl synligt ljus som infrarött ljus som de som är relaterat till värme eller molekyler mätas.
Tillsammans med kolnanorörssensorerna trycks även organiska transistorer på polymersubstratet för att organisera spänningssignalerna till en bildsignal. För att läsa denna signal behöver en dator inte vara fysiskt ansluten med kablar till sensorn. Istället används en trådlös Bluetooth-modul.
"Tillsammans med detta trådlösa system kan vår bildapparat fästa mjuka och böjda föremål för att analysera deras ytor eller insidor utan att skada dem", säger Teppei Araki, senior författare till studien.
Forskarna byggde en prototyp av den optiska sensorn av arktyp och testade dess förmåga att känna av värme från föremål som mänskliga fingrar eller ledningar samt glukos som strömmar genom rör. De fann att den optiska sensorn har hög känslighet över ett brett spektrum av våglängder. Dessutom, vid rumstemperatur och atmosfäriska förhållanden, visade tester att den har hög böjhållbarhet och fungerade även efter att den skrynklats ihop.
De unika fördelarna med detta trådlösa mätsystem och optiska sensor av arktyp kommer att leda till nya och enklare sätt att utföra många uppgifter som att utvärdera vätskans kvalitet utan att behöva prova den. Forskarna tror att det är lovande i många applikationer som oförstörande bildbehandling, bärbara enheter och mjuk robotik.
Mer information: Rei Kawabata et al, Ultraflexible Wireless Imager integrerad med organiska kretsar för bredbandsinfraröd termisk analys, avancerat material (2024). DOI:10.1002/adma.202309864
Journalinformation: Avancerat material
Tillhandahålls av Osaka University
