El nuevo material ultrafino es sensible al tacto y al movimiento del cuerpo, lo que sugiere una amplia gama de aplicaciones potenciales. Esta “piel electrónica” suave y flexible es tan sensible que puede detectar la diminuta diferencia de temperatura entre una respiración inhalada y otra exhalada.
La electrónica de película fina laminada sobre la piel humana para la detección no invasiva, específica y multifuncional es un sistema portátil ideal para el control de la salud y las tecnologías de la información. Sin embargo, sigue siendo un reto crítico fabricar sensores ultrafinos y conformes a la piel con alta imperceptibilidad y sensibilidad.
Los científicos de materiales de la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST) han desarrollado una electrónica vestible tan fina y flexible que puede llevarse sobre la piel humana como biosensor.
Este importante avance en e-skin o piel electrónica, podría constituir la base de una nueva forma de biosensor sobre la piel.
“La piel desempeña un papel fundamental en nuestras interacciones con el mundo”, afirma Vincent Tung, de la KAUST, que dirigió el trabajo. “Recrear sus propiedades en una piel electrónica podría tener profundas implicaciones para la electrónica vestible, así como para las prótesis sensoriales, la robótica blanda y las interfaces hombre-máquina”.
A pesar de los considerables esfuerzos de investigación, ha sido muy difícil crear materiales adecuados, que deben ser fuertes y muy sensibles pero imperceptibles cuando se aplican a la piel.
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En su investigación, Tung y sus colaboradores han demostrado que un nanomaterial de carbono llamado grafeno sustituido por hidrógeno (HsGDY) podría ser ideal para esta tarea. Esta lámina bidimensional de átomos de carbono tiene similitudes con el grafeno en cuanto a su resistencia y conductividad eléctrica, pero también presenta diferencias clave.
La apretada estructura de carbono en forma de panal del grafeno confiere rigidez al material. Por otro lado, la estructura atómica en forma de isla del HsGDY, con regiones rígidas conectadas por finos puentes de polímero, debería proporcionar, en teoría, una suavidad y flexibilidad inherentes ideales para aplicaciones sobre la piel.
“La aplicación del HsGDY en la piel electrónica ha sido pregonada durante mucho tiempo por los teóricos, pero aún no se había demostrado experimentalmente”, afirma Tung. El equipo desarrolló primero una novedosa estrategia sintética para formar grandes láminas uniformes de HsGDY. “La clave fue el uso de un catalizador de cobre monocristalino de estructura atómica para acoplar los bloques moleculares del material”, explica Tung.
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El material resultante era altamente flexible, estirable y mecánicamente duradero. “Con un grosor de unos 18 nanómetros, nuestra piel electrónica es una fracción del grosor de la piel humana, lo que permite un contacto conformado y una adhesión a largo plazo al cuerpo con la máxima flexibilidad y comodidad”, afirma Tung.
La estructura atómica en forma de isla del nanomaterial no sólo contribuye a la naturaleza suave y flexible del HsGDY, sino que también es clave para sus propiedades electrónicas.
Los puentes forman canales de conducción ultrafinos que se deforman con facilidad, lo que da lugar a cambios significativos en la señal eléctrica cuando el material se estira con un toque suave o incluso con un cambio de temperatura. La excelente sensibilidad y conformabilidad permiten visualizar la diminuta deformación causada por la diferencia de temperatura entre la inhalación y la exhalación, lo que muestra un potencial prometedor para las aplicaciones clínicas prácticas.
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