Gli scienziati hanno sviluppato un sensore ottico fragile e pieghevole

I ricercatori dell’Università di Osaka hanno creato un sensore ottico wireless flessibile e pieghevole utilizzando nanotubi di carbonio e transistor organici su uno strato polimerico ultrasottile. Questa innovazione è pronta ad aprire nuove possibilità nelle tecniche di imaging e di analisi non distruttiva.

Gli ultimi anni hanno portato notevoli progressi nella tecnologia dell’immagine, dai sensori ottici ad alta velocità in grado di catturare più di due milioni di fotogrammi al secondo alle fotocamere compatte senza obiettivo in grado di catturare immagini a pixel singolo.

In uno studio recentemente pubblicato su Materiale avanzatoI ricercatori dell'Istituto di ricerca scientifica e industriale SANKEN dell'Università di Osaka hanno sviluppato un sensore ottico su una piastra flessibile ultrasottile che può essere piegata senza rompersi. In effetti, questo sensore è così flessibile che funzionerà anche dopo essere stato accartocciato in una palla.

In una fotocamera, il sensore ottico è il dispositivo che rileva la luce che passa attraverso l'obiettivo, simile alla retina all'interno dell'occhio umano.

Innovazioni nella progettazione dei sensori

“I sensori ottici tradizionali sono realizzati con materiali inorganici Semiconduttori “Ciò rende i sensori rigidi e incapaci di piegarsi”, spiega Rei Kawabata, autore principale dello studio. Per evitare questo problema, abbiamo studiato un altro modo per rilevare la luce.

Invece dei tradizionali sensori di luce, i ricercatori utilizzano una serie di piccoli fotorilevatori costituiti da nanotubi di carbonio stampati su un substrato polimerico estremamente sottile (meno di 5 micrometri). Quando esposti alla luce, i nanotubi di carbonio si riscaldano, creando un gradiente termico che genera poi un segnale di tensione. L'innesto dei nanotubi con supporti chimici durante la stampa ne aumenta la sensibilità. Grazie a questi nanotubi è possibile misurare la luce visibile ma anche la luce infrarossa, come quella associata al calore o alle molecole.

Rileva e acquisisci immagini di luce, calore e particelle utilizzando sensori ottici a forma di foglia. Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0), ristampato con il permesso di Advanced Materials. Credito: 2024 Araki et al. Imager wireless ultraflessibile integrato con circuiti organici per l'analisi termica a infrarossi a banda larga, Materiali avanzati

Integrazione della tecnologia wireless

Oltre ai sensori in nanotubi di carbonio, anche i transistor organici vengono stampati su un substrato polimerico per regolare i segnali di tensione in un segnale immagine. Per leggere questo segnale, non è necessario che il computer sia fisicamente collegato via cavo al sensore. Viene invece utilizzato un modulo Bluetooth wireless.

“Utilizzando questo sistema wireless, il nostro dispositivo di imaging può concentrarsi su oggetti morbidi e curvi per analizzarne le superfici o gli interni senza danneggiarli”, spiega Teppei Araki, autore principale dello studio.

Un sensore ottico a foglio combinato con un fotorilevatore di nanotubi di carbonio e un transistor organico. Attribuzione 4.0 Internazionale (CC BY 4.0), ristampato con il permesso di Advanced Materials. Credito: 2024 Araki et al. Imager wireless ultraflessibile integrato con circuiti organici per l'analisi termica a infrarossi a banda larga, Materiali avanzati

I ricercatori hanno costruito un prototipo di sensore ottico a forma di foglia e ne hanno testato la capacità di rilevare il calore proveniente da oggetti come dita o fili umani, nonché il glucosio che scorre attraverso i tubi. Hanno scoperto che il sensore ottico ha un’elevata sensibilità su un’ampia gamma di lunghezze d’onda. Inoltre, a temperatura ambiente e in condizioni atmosferiche, i test hanno dimostrato che ha un'elevata resistenza alla flessione e funziona anche dopo essere stato accartocciato.

I vantaggi unici di questo sistema di misurazione wireless e del suo sensore ottico a forma di foglia porteranno a modi nuovi e più semplici per eseguire molte attività, come la valutazione della qualità dei liquidi senza la necessità di un campione. I ricercatori ritengono che questa tecnologia sia molto promettente in molte applicazioni come l’imaging non distruttivo, i dispositivi indossabili e la robotica software.

Lo studio è stato finanziato dalla Japan Society for the Promotion of Science e dalla Japan Science and Technology Agency.