Materiais de Sensores Elásticos Aprimoram Desempenho de Eletrônicos sob Tensão

Nossos corpos enviam hordas de sinais — químicos, pulsos elétricos, mudanças mecânicas — que podem fornecer uma riqueza de informação sobre nossa saúde. Mas sensores eletrônicos que podem detectar estes sinais são frequentemente feitos de material inorgânico frágil que os impede de esticar e dobrar na pele ou dentro do corpo. Avanços recentes tornaram sensores elásticos possíveis mas suas mudanças de forma podem afetar os dados produzidos e muitos sensores não podem coletar e processar os sinais mais fracos do corpo.

Um novo design de sensor incorpora um material padronizado que otimiza a distribuição de tensão entre transistores, criando eletrônicos elásticos que são menos comprometidos por deformação. Os pesquisadores também criaram vários elementos de circuito com o design, o que poderia levar a ainda mais tipos de eletrônicos elásticos.

Para projetar os eletrônicos, os pesquisadores usaram um conceito de distribuição de tensão padronizada. Ao criar o transistor, usaram substratos feitos de elastômero — um polímero elástico. Eles variaram a densidade das camadas de elastômero, significando que algumas permaneceram mais macias enquanto outras eram mais rígidas enquanto ainda elásticas. As camadas mais rígidas — denominadas "elastiff" pelos pesquisadores — foram usadas para as áreas eletrônicas ativas.

O resultado foi arrays de transistores que tinham quase o mesmo desempenho elétrico quando esticados e dobrados como quando não deformados. Na verdade, eles tinham menos de cinco por cento de variação de desempenho quando esticados com até 100 por cento de tensão. A equipe também usou o conceito para projetar e fabricar outras partes de circuito incluindo portas NOR, osciladores em anel e amplificadores. Portas NOR são usadas em circuitos digitais, enquanto osciladores em anel são usados em tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID). Ao tornar estas partes elásticas com sucesso, os pesquisadores poderiam fazer eletrônicos ainda mais complexos.

O amplificador elástico que desenvolveram está entre os primeiros circuitos semelhantes à pele capazes de amplificar sinais eletrofisiológicos fracos — até poucos milivolts. Isso é importante para detectar os sinais mais fracos do corpo como aqueles de músculos. Os sinais podem ser processados e amplificados diretamente na pele.

O design está sendo avaliado como ferramenta diagnóstica para ELA. Medindo sinais de músculos, os pesquisadores esperam diagnosticar melhor a doença enquanto ganham conhecimento sobre como a doença afeta o corpo. Eles também esperam testar o design em eletrônicos que podem ser implantados dentro do corpo e criar sensores para todos os tipos de sinais corporais.