Учені створили супертонкий сенсор — працює без живлення, дротів і мікросхем

Інженери з Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили новий тип датчика, що носиться, який обмінюється даними за допомогою бездротової мережі та робить це без вбудованих мікросхем або батарей. Докладніше про пристрій розповіло видання news.mit.edu.

Сенсор зроблений у форм-факторі "електронної шкіри" — гнучкої напівпровідникової плівки, яку можна приклеїти, немов скотч. Сама плівка створена з нітриду галію, матеріалу, який може генерувати як електричний сигнал у відповідь на механічну напругу, так і механічно вібрувати у відповідь на електричний імпульс. Дослідники використовували двосторонні п'єзоелектричні властивості нітриду галію, змусивши його працювати на прийом сигналу та на його передачу.

Монокристалічні зразки нітриду галію вчені з'єднали з провідним шаром золота для посилення вхідного або вихідного електричного сигналу. Пристрій вийшов досить чутливим, щоб вібрувати у відповідь на серцебиття людини, а також реагувати на сіль у поті. Також вібрації матеріалу генерують електричний сигнал, який може бути прочитаний приймачем, що розташований поблизу. Так пристрій міг передавати сенсорну інформацію без використання чипа або батареї.

"Чипи вимагають багато енергії, але наш сенсор — доказ того, що можна обійтися без мікроелектроніки, дротів і акумуляторів", — каже співавтор дослідження Джихван Кім, доцент кафедри машинобудування, матеріалознавства й інженерії.

Група Джихвана Кіма раніше розробила техніку віддаленої епітаксії, що дозволяє швидко вирощувати й відокремлювати ультратонкі високоякісні напівпровідники від пластин, покритих графеном. За допомогою цієї техніки вони виготовили різноманітні гнучкі багатофункціональні електронні плівки. У своєму новому дослідженні інженери використовували цю техніку для відділення ультратонких монокристалічних плівок нітриду галію.

Команда вирішила використовувати чисту плівку з нітриду галію як сенсор і бездротовий комунікатор поверхневих акустичних хвиль, які, по суті, являють собою коливання плівок. Зразки цих хвиль можуть вказувати на частоту серцевих скорочень людини або, що ще тонше, присутність певних сполук на шкірі, таких як сіль у поті.

Дослідники висунули гіпотезу: датчик на основі нітриду галію, приклеєний до шкіри, матиме власну, "резонансну" вібрацію або частоту, яку п'єзоелектричний матеріал одночасно перетворюватиме на електричний сигнал, частоту якого зможе зареєструвати бездротовий приймач. Будь-яка зміна стану шкіри, наприклад, прискорене серцебиття, вплине на механічні вібрації датчика й електричний сигнал, який він автоматично передає на приймач.

Щоб перевірити свою ідею, дослідники виготовили тонку плівку з чистого високоякісного нітриду галію та з'єднали її із шаром золота для посилення електричного сигналу. Нітрид галію та золото мають товщину всього 250 нанометрів — це приблизно в 100 разів тонше, ніж людське волосся.

Вони помістили нову електронну шкіру на зап'ястя та шиї добровольців і використали просту антену, розташовану поблизу, для бездротової реєстрації частоти пристрою без фізичного контакту із самим датчиком. Пристрій було здатне сприймати й передавати бездротовий зв'язок зміни поверхневих акустичних хвиль нітриду галію на шкірі добровольців, пов'язані з частотою їхніх серцевих скорочень.

Дослідники вважають, що це перший крок створення безчипових бездротових датчиків.

Раніше ми повідомляли про те, що інженери створили так звані невидимі пальці, що дозволяють керувати сенсорними екранами на відстані.