Дослідники з Університету Осаки створили м’який, гнучкий і бездротовий оптичний датчик за допомогою вуглецевих нанотрубок і органічних транзисторів на ультратонкій полімерній плівці. Ця інновація готова відкрити нові можливості в технологіях обробки зображень і методах неруйнівного аналізу.
Останні роки принесли значний прогрес у технології обробки зображень, починаючи від високошвидкісних оптичних датчиків, здатних захоплювати понад два мільйони кадрів на секунду, і закінчуючи компактними камерами без лінз, які можуть захоплювати зображення лише з одним пікселем.
У дослідженні, нещодавно опублікованому в Advanced Materials, дослідники з SANKEN (Інститут наукових і промислових досліджень) при Університеті Осаки розробили оптичний датчик на надтонкому гнучкому аркуші, який можна згинати, не ламаючи. Насправді цей датчик настільки гнучкий, що він працюватиме навіть після того, як його зім’яли в кульку.
У камері оптичний датчик – це пристрій, який сприймає світло, що пройшло через лінзу, подібно до сітківки всередині людського ока.
Інновації в дизайні датчиків
«Звичайні оптичні датчики побудовані з використанням неорганічних напівпровідників і сегнетоелектричних матеріалів», — каже Рей Кавабата, провідний автор дослідження. «Це робить датчики жорсткими і нездатними згинатися. Щоб уникнути цієї проблеми, ми шукали інший спосіб виявлення світла».
Замість традиційних датчиків світла дослідники використовують масив крихітних фотодетекторів з вуглецевих нанотрубок, надрукованих на надтонкій полімерній підкладці (менше ніж 5 мкм). Під впливом світла вуглецеві нанотрубки нагріваються, створюючи тепловий градієнт, який потім генерує сигнал напруги. Легування нанотрубок хімічними носіями під час друку ще більше підвищує їхню чутливість. Використовуючи ці нанотрубки, можна вимірювати видиме світло, а також інфрачервоне світло, наприклад, пов’язане з теплом або молекулами.
Інтеграція бездротових технологій
Разом із сенсорами з вуглецевих нанотрубок органічні транзистори також друкуються на полімерній підкладці для організації сигналів напруги в сигнал зображення. Щоб прочитати цей сигнал, комп’ютер не потребує фізичного під’єднання проводів до датчика. Замість нього використовується бездротовий модуль Bluetooth.
«Разом із цією бездротовою системою наш тепловізор може прикріплювати м’які та вигнуті об’єкти для аналізу їхніх поверхонь або внутрішніх частин, не пошкоджуючи їх», — говорить Теппеі Аракі, старший автор дослідження.
Дослідники створили прототип листового оптичного датчика та перевірили його здатність відчувати тепло від об’єктів, таких як людські пальці чи дроти, а також глюкозу, що тече через трубки. Вони виявили, що оптичний датчик має високу чутливість у широкому діапазоні довжин хвиль. Крім того, за кімнатної температури та атмосферних умов випробування показали, що він має високу міцність на вигин і працював навіть після того, як був зім’ятий.
Унікальні переваги цієї бездротової вимірювальної системи та листового оптичного датчика призведуть до нових і простіших способів виконання багатьох завдань, таких як оцінка якості рідини без необхідності взяття її проби. Дослідники вважають, що це багатообіцяюче в багатьох додатках, таких як неруйнівне зображення, переносні пристрої та м’яка робототехніка.