Matériaux de capteurs extensibles améliorant les performances de l'électronique sous contrainte

Nos corps envoient des hôtes de signaux — chimiques, impulsions électriques, changements mécaniques — qui peuvent fournir une mine d'informations sur notre santé. Mais les capteurs électroniques qui peuvent détecter ces signaux sont souvent faits de matériaux inorganiques fragiles qui les empêchent de s'étirer et de se plier sur la peau ou à l'intérieur du corps. Les avancées récentes ont rendu les capteurs extensibles possibles mais leurs changements de forme peuvent affecter les données produites et beaucoup de capteurs ne peuvent pas collecter et traiter les signaux les plus faibles du corps.

Une nouvelle conception de capteur incorpore un matériau structuré qui optimise la distribution de la contrainte parmi les transistors, créant de l'électronique extensible qui est moins compromise par la déformation. Les chercheurs ont aussi créé plusieurs éléments de circuit avec la conception, ce qui pourrait mener à encore plus de types d'électronique extensible.

Pour concevoir l'électronique, les chercheurs ont utilisé un concept de distribution de contrainte structuré. Lors de la création du transistor, ils ont utilisé des substrats faits d'élastomère — un polymère élastique. Ils ont varié la densité des couches d'élastomère, signifiant que certaines restaient plus souples tandis que d'autres étaient plus rigides tout en restant élastiques. Les couches plus rigides — appelées « élastiff » par les chercheurs — étaient utilisées pour les zones électroniques actives.

Le résultat était des arrays de transistors qui avaient presque la même performance électrique quand ils étaient étirés et pliés que quand ils étaient non déformés. En fait, ils avaient moins de cinq pour cent de variation de performance quand ils étaient étirés avec jusqu'à 100 pour cent de contrainte. L'équipe a aussi utilisé le concept pour concevoir et fabriquer d'autres parties de circuit incluant des portes NOR, des oscillateurs en anneau et des amplificateurs. Les portes NOR sont utilisées dans les circuits numériques, tandis que les oscillateurs en anneau sont utilisés dans la technologie d'identification par radiofréquence (RFID). En rendant ces parties extensibles avec succès, les chercheurs pourraient faire des électroniques encore plus complexes.

L'amplificateur extensible qu'ils ont développé est parmi les premiers circuits semblables à la peau capables d'amplifier de faibles signaux électrophysiologiques — jusqu'à quelques millivolts. C'est important pour détecter les signaux les plus faibles du corps comme ceux des muscles. Les signaux peuvent être traités et amplifiés directement sur la peau.

La conception est évaluée comme outil diagnostique pour la SLA. En mesurant les signaux des muscles, les chercheurs espèrent mieux diagnostiquer la maladie tout en acquérant des connaissances sur la façon dont la maladie affecte le corps. Ils espèrent aussi tester la conception dans l'électronique qui peut être implantée dans le corps et créer des capteurs pour toutes sortes de signaux corporels.