18/03/2020
Door Ad Spijkers
Onderzoekers uit Dresden, Chemnitz en Osaka hebben een volledig geïntegreerde onderdeel gemaakt van magnetische sensoren en organische elektronica. Ze voldoen hiermee aan een belangrijke voorwaarde voor de ontwikkeling van een elektronische huid.
De menselijke huid is fascinerend en heeft veel functies. Een daarvan is de tastzin, die een breed scala aan informatie uit de omgeving verwerkt. Dit werkt alleen omdat het huidoppervlak flexibel en onderdeel is van een goed netwerk.
Onderzoekers hebben lang geprobeerd deze eigenschappen over te brengen op de kunsthuid, bijvoorbeeld om er robots of prothesen mee uit te rusten. In vergelijking met de menselijke huid kan elektronische huid zelfs extra mogelijkheden bieden, zoals een richtingsgevoel in het magnetische veld.
Veel ontwikkelingswerk
Er is veel ontwikkelingswerk nodig voordat deze visies werkelijkheid kunnen worden. Recente vorderingen bij de ontwikkeling van flexibele elektronica en organische componenten brengen al veel mogelijkheden binnen bereik. Er zijn al hele dunne en flexibele sensoren die ook werken op zachte en elastische oppervlakken, verschillende fysieke interacties registreren en deze kunnen overdragen via een soort kunstmatig zenuwstelsel.
Een groot obstakel voor de realisatie van een functionerende elektronische huis is de koppeling en aansturing van de individuele sensoren De eerste demonstratiemodellen werken zo dat elke individuele sensor van een vlakke opstelling afzonderlijk moet worden aangesloten en aangesproken. Om de noodzakelijke bedrading te vermijden, is een technologiestap nodig die de circuits naar de geïntegreerde microchip brengt: de integratie van individuele magnetische sensoren met andere elektronische componenten zoals signaalversterkers en de ontwikkeling van volledig geïntegreerde systemen.
Magnetisch sensorsysteem
Onderzoekers uit Dresden, Chemnitz en Osaka hebben een nieuw magnetisch sensorsysteem ontwikkeld voor deze integratie. Het bestaat uit een opstelling van 2 x 4 magnetische sensoren, een organisch bootstrap-schuifregister voor het aansturen van de sensormatrix en organische signaalversterkers. Het bijzondere is dat alle elektronische componenten gebaseerd zijn op organische dunnefilmtransistors en geïntegreerd zijn in één platform.
De onderzoekers konden aantonen dat het systeem een hoge magnetische gevoeligheid heeft en de tweedimensionale magnetische veldverdeling in realtime kan weergeven. Het is ook robuust tegen mechanische vervorming, zoals buigen, kreuken of knikken. Behalve de volledige systeemintegratie is het gebruik van organische bootstrap-schuifregisters een belangrijk stap op weg naar een elektronische huid.
De eerste geïntegreerde magnetische functies bewijzen dat flexibele dunne-filmsensoren in complexe organische schakelingen kunnen worden geïntegreerd. De compatibiliteit en flexibiliteit van deze componenten is essentieel voor moderne en toekomstige toepassingen zoals zachte robotica, implantaten en protheses. De volgende stap is het vergroten van het aantal sensoren per oppervlak en het uitbreiden van de elektronische huid naar grotere oppervlakken.
Bron: Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden
Foto: Masaya Kondo