Materiales de sensores elásticos mejoran el rendimiento de electrónicos bajo tensión

Nuestros cuerpos envían hordas de señales — químicas, pulsos eléctricos, cambios mecánicos — que pueden proporcionar una riqueza de información sobre nuestra salud. Pero los sensores electrónicos que pueden detectar estas señales a menudo están hechos de materiales inorgánicos frágiles que les impiden estirarse y doblarse en la piel o dentro del cuerpo. Avances recientes han hecho posibles sensores elásticos pero sus cambios de forma pueden afectar los datos producidos y muchos sensores no pueden recopilar y procesar las señales más débiles del cuerpo.

Un nuevo diseño de sensor incorpora un material patrón que optimiza la distribución de tensión entre transistores, creando electrónicos elásticos que se ven menos comprometidos por la deformación. Los investigadores también crearon varios elementos de circuito con el diseño, lo que podría llevar a incluso más tipos de electrónicos elásticos.

Para diseñar los electrónicos, los investigadores usaron un concepto de distribución de tensión con patrón. Al crear el transistor, usaron sustratos hechos de elastómero — un polímero elástico. Variaron la densidad de las capas de elastómero, significando que algunas permanecieron más suaves mientras que otras eran más rígidas aunque aún elásticas. Las capas más rígidas — denominadas "elastiff" por los investigadores — se usaron para las áreas electrónicas activas.

El resultado fueron arrays de transistores que tenían casi el mismo rendimiento eléctrico cuando estaban estirados y doblados que cuando no estaban deformados. De hecho, tenían menos del cinco por ciento de variación de rendimiento cuando se estiraban con hasta 100 por ciento de tensión. El equipo también usó el concepto para diseñar y fabricar otras partes de circuito incluyendo compuertas NOR, osciladores en anillo y amplificadores. Las compuertas NOR se usan en circuitos digitales, mientras que los osciladores en anillo se usan en tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID). Al hacer estas partes exitosamente elásticas, los investigadores podrían hacer electrónicos aún más complejos.

El amplificador elástico que desarrollaron está entre los primeros circuitos tipo piel capaces de amplificar señales electrofisiológicas débiles — hasta unos pocos milivoltios. Eso es importante para detectar las señales más débiles del cuerpo como las de los músculos. Las señales pueden procesarse y amplificarse directamente en la piel.

El diseño se está evaluando como herramienta diagnóstica para ELA. Midiendo señales de músculos, los investigadores esperan diagnosticar mejor la enfermedad mientras ganan conocimiento sobre cómo la enfermedad afecta el cuerpo. También esperan probar el diseño en electrónicos que puedan implantarse dentro del cuerpo y crear sensores para todo tipo de señales corporales.