Elektronische Haut mit flüssigem Kern

Durchsichtige Sensorfolie reagiert auf sehr schnell auf Druck und ist tastempfindlicher als die menschliche Haut
Aufbau des mikrofuiden Drucksensors, der eine hohe Sensitivität bei Reaktionszeiten von wenigen Millisekunden erreicht
Aufbau des mikrofuiden Drucksensors, der eine hohe Sensitivität bei Reaktionszeiten von wenigen Millisekunden erreicht
© T. Pan, UC Davis, Wiley-VCH
Davis (USA) - Durchsichtig, flexibel und hoch empfindlich: Diese Eigenschaften vereint eine neuartige Sensorfolie, die mit einem flüssigen Kern ausgestattet ist. Im Unterschied zu bisher verfügbaren Drucksensoren, wie sie etwa in tastempfindliche Bildschirme integriert sind, reagiert der sogenannte mikrofluide Film deutlich schneller. Dabei liefert er bei selbst leichtesten Berührungen zuverlässige Messwerte. Erste Prototypen präsentieren die kalifornischen Entwickler in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“.

„Die Nachfrage nach hoch empfindlichen, flexiblen und günstigen Drucksensoren für Roboter oder Gesundheitsmonitoring nimmt stetig zu“, berichten Tingrui Pan und seine Kollegen von der University of California in Davis. Für diesen wachsenden Markt konzipierten sie ihren mikrofluiden Sensor, in dem sie Ethylenglykol zwischen zwei durchsichtige Kunststofffolien füllten, die mit winzigen Mikrosäulen zueinander auf Abstand gehalten wurden. Auf den Innenseiten der Folien deponierten die Forscher hauchdünne Elektroden aus Indiumzinnoxid, um selbst geringste Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit der flüssigen Schicht messen zu können.

Berührte man diese Sensorfolie, wurde die Flüssigkeit ein wenig zur Seite gedrückt. Eine lokale Änderung des elektrischen Widerstands war die Folge, die sich mit einer räumlichen Auflösung von bis zu einem Millimeter messen ließ. Wegen der geringen Viskosität floss das Ethylenglycol bei nachlassendem Druck sehr schnell wieder zurück, so dass innerhalb einer Sekunde bis zu 100 Messungen möglich wurden.

Neben der schnellen Reaktionszeit reagierte die Sensorfolie etwa doppelt so empfindlich wie der menschliche Tastsinn. Auf die Pulsader am Handgelenk gelegt, ließen sich so nicht nur die Herzfrequenz, sondern auch die verschiedenen Phasen des Herzschlags – Systole und Diastole – zuverlässig messen.

Mit einem weiteren Prototyp von der Größe eines Smartphone-Displays demonstrierten Pan und Kollegen eine weitere wichtige Eigenschaft: die Multitouch-Fähigkeit. Ohne Probleme konnte der Sensor die gleichzeitige Berührung mit fünf Fingerspitzen voneinander unterscheiden. Wegen dieser Eigenschaften sind die Entwickler überzeugt, dass ihre Technologie in vielen Bereichen von der Medizintechnik über Touchscreens bis zur elektronischen Sensorhaut für Roboter genutzt werden könnte. Zuvor müsste jedoch noch die Langlebigkeit belegt werden. Wichtig dafür ist vor allem eine stabile Verkapselung, um ein Entweichen der Flüssigkeit auch bei intensiver Nutzung zu verhindern.

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