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Un articolo pubblicato su Science Advances illustra gli importanti sviluppi di una ricerca condotta da tre Università.
La pelle umana è un organo affascinante e multifunzionale con proprietà uniche che derivano dalla sua natura flessibile e conforme. Permette di interfacciarsi con l’ambiente fisico esterno attraverso numerosi recettori interconnessi con il sistema nervoso. Gli scienziati hanno cercato per molto tempo di trasferire queste caratteristiche sulla pelle artificiale, puntando su applicazioni robotiche. Il funzionamento dei sistemi robotici si basa fortemente sulle funzionalità di rilevamento del campo elettrico e magnetico necessario per il posizionamento e l’orientamento nello spazio. Moltissimi sforzi sono fatti per implementare queste funzionalità in una forma flessibile e simile alla pelle.
I recenti progressi nei sensori flessibili e nell’elettronica organica hanno fornito le basi su cui lavorare. Questi dispositivi possono operare su superfici morbide ed elastiche, mentre i sensori percepiscono varie proprietà fisiche e ne trasmettono i valori alle uscite.
Per replicare da vicino la pelle naturale, è tuttavia necessario interconnettere un gran numero di singoli sensori. Questo impegnativo compito rappresenta un grande ostacolo nella realizzazione della pelle elettronica. Le prime dimostrazioni si basavano su una serie di singoli sensori indirizzati separatamente, che inevitabilmente portavano a un numero incredibile di connessioni elettriche. Per ridurre il cablaggio, è necessario un importante salto tecnologico, vale a dire integrare tutti i circuiti elettronici, amplificatori, registri, sorgenti di corrente e interruttori nei singoli sensori magnetici.
I ricercatori di Dresda, Chemnitz e Osaka hanno dimostrato di poter superare questo ostacolo in un sistema pioneristico di sensori magnetici a matrice attiva presentato in un recente articolo della rivista Science Advances. Il sistema è costituito da un array di sensori magnetici 2 x 4, un registro organico di scorrimento con boostrap, necessario per il controllo della matrice di sensori, e amplificatori di segnale organico. La particolarità è che tutti i componenti elettronici sono basati su transistor organici a film sottile e sono integrati in un’unica piattaforma. I ricercatori hanno dimostrato che il sistema ha un’alta sensibilità magnetica ed è in grado di rilevare la distribuzione di un campo campo magnetico bidimensionale in tempo reale. Il sistema è particolarmente robusto nei confronti di deformazioni meccaniche quali piegature, pieghe e attorcigliamenti.
Oltre alla completa integrazione del sistema, l’uso di registri organici a scorrimento con bootstrap rappresenta un passo importante verso la pelle elettronica a matrice attiva per applicazioni robotiche e indossabili.
Il Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Director at the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden e il Dr. Daniil Karnaushenko parlando degli sviluppi futuri hanno affermato: “Le prime funzionalità integrate dimostrano che i sensori magnetici flessibili a film sottile possono essere inseriti all’interno di circuiti organici più complessi. La natura conforme e flessibile di questi dispositivi è una caratteristica indispensabile per le applicazioni moderne e future come la robotica leggera, gli impianti e le protesi. Il prossimo passo è aumentare il numero di sensori per unità di superficie, nonché espandere la pelle elettronica per creare superfici più grandi.”
