Ученые разработали сенсор для «электронной кожи», который одновременно измеряет давление и температуру
Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ с коллегами из российских вузов разработали гибкие сенсоры, способные одновременно измерять давление и температуру. Эти биосовместимые сенсоры открывают новые возможности для разработки носимых трекеров здоровья, «умных» протезов и гибкой электроники.
Гибкие сенсоры — электронные устройства, которые могут деформироваться без потери функциональности. Они измеряют давление, температуру, влажность и другие физические показатели. Чаще всего их применяют в носимых гаджетах, робототехнике и здравоохранении. Особое внимание уделяется разработке биосовместимых сенсоров, которые перспективны для персонализированной медицины, и «электронной кожи» — гибкого, тонкого электронного материала, имитирующего тактильные и сенсорные функции кожи.
Современные гибкие сенсоры по большей части измеряют только один физический параметр, например или давление или температуру. Мультифункциональные решения, как правило, сложны в изготовлении, а у некоторых из них низкая чувствительность. В новом исследовании физики предложили экологичный и простой синтез создания гибких многофункциональных сенсоров, масштабируемых до площади 40 квадратных сантиметров.
Коллектив ученых из МФТИ, Алферовского университета, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Сколтеха и СПбГУ создал несколько прототипов. Главный элемент такого сенсора — вертикальные нитевидные нанокристаллы оксида цинка (ZnO), выращенные на кремниевых подложках. Эти кристаллы обладают пьезоэлектрическими свойствами. Исследователи инкапсулировали их в защитный слой полимерной матрицы, затем отделили от кремния, получив гибкую подложку. Чтобы превратить ее в полноценный сенсор, физики нанесли контакты из углеродных нанотрубок и алюминия. Исследование опубликовано в журнале Materials Science in Semiconductor Processing.
Особенность полученных сенсоров заключается в новой комбинации полностью биосовместимых материалов, идеально подходящих для создания электронной кожи и биопротезов. Устройства реагируют на изменение давления и температуры по-разному: при изменении давления сопротивление падает, а емкость растет. При нагреве (25–100 °C) оба параметра уменьшаются. Это четкое различие в отклике позволяет считывать две характеристики единовременно.
«Мы разработали оригинальные подходы к анализу электрических сигналов, чтобы независимо получать отклик гибкого сенсора на изменение температуры и давления в довольно широком диапазоне. Кроме того, его синтез прост в производстве и легко масштабируется, что дает ему преимущество перед конкурентами», — рассказал Валерий Кондратьев, старший научный сотрудник лаборатории функциональных наноматериалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Новые приборы могут измерять давление до 2 МПа и чувствительностью до 4 %/кПа. Эти характеристики в два-четыре раза выше, чем у аналогов на основе ZnO/PI (оксид цинка на полиамиде) или ZnO/PVDF (оксид цинка на поливинилиденфториде). Нижний предел обнаружения равен 10 Па, что в 10 раз ниже типичных значений для традиционных пьезорезистивных сенсоров. Такой диапазон позволяет охватить широкий спектр биологических нагрузок — от легкого касания, дыхания или пульса (10 Па) до артериального давления (13–17 кПа) или сильного хватания. Это особенно важно для «электронной кожи», протезов и имплантируемых сенсоров.
Исследователи показали, что устройство измеряет температуру до 100 °C. Эта возможность полезна для стерилизуемых медицинских устройств, мониторинга в экстремальных биологических условиях, например в биореакторах для культивирования клеток. В совокупности эти параметры — прорывные для гибкой сенсорики.
Результаты исследования — существенный шаг в сторону развития гибкой и биосовместимой электроники. Полученные многофункциональные сенсоры на основе нанопроволок ZnO расширяют горизонты для создания носимых устройств мониторинга здоровья, «электронной кожи» для протезов и роботов. Простота производства позволит в ближайшее время перейти к коммерческому использованию.
Telegram 
Дзен 
VK Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Сам факт того, что после распада Западной Римской империи возникали новые государства, историкам известен давно. Нет сомнений в существовании королевств готов, франков, лангобардов и других постримских политических образований. Авторы нового исследования сосредоточились на более сложном вопросе. Они попытались выяснить, как именно происходило формирование таких обществ на уровне отдельных людей, семей и общин. Впервые благодаря сочетанию генетических и археологических данных исследователи смогли реконструировать развитие одного постримского политического общества, которое располагалось на территории Паннонии.
Физикам долго не удавалось применить фазовый контраст в электронной микроскопии. Оказалось, что нужно было прекратить искать подходящее вещество для фазовой пластины и обратить внимание на лазеры.
Ученые с высокой точностью измерили ключевые параметры нейтринных осцилляций — угол смешивания θ₁₂ и разность квадратов масс нейтрино. Результаты верифицировали несколькими методами.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно