Material Sensor Memungkinkan Elektronik Merenggang untuk Berperforma Lebih Baik Di Bawah Tekanan

Tubuh kita mengirimkan sejumlah sinyal - bahan kimia, pulsa listrik, perubahan mekanis - yang dapat memberikan banyak informasi tentang kesehatan kita. Tetapi sensor elektronik yang dapat mendeteksi sinyal-sinyal ini seringkali terbuat dari bahan anorganik yang rapuh yang mencegahnya meregang dan menekuk pada kulit atau di dalam tubuh. Kemajuan terbaru telah memungkinkan sensor yang dapat diregangkan, tetapi perubahan bentuknya dapat memengaruhi data yang dihasilkan dan banyak sensor tidak dapat mengumpulkan dan memproses sinyal paling lemah dari tubuh.

Desain sensor baru menggabungkan bahan berpola yang mengoptimalkan distribusi regangan di antara transistor, menciptakan elektronik yang dapat diregangkan yang kurang terganggu oleh deformasi. Para peneliti juga menciptakan beberapa elemen sirkuit dengan desain tersebut, yang dapat menghasilkan lebih banyak jenis elektronik yang dapat diregangkan.

Untuk merancang elektronik, para peneliti menggunakan konsep distribusi regangan berpola. Saat membuat transistor, mereka menggunakan substrat yang terbuat dari elastomer — polimer elastis. Mereka memvariasikan kepadatan lapisan elastomer, yang berarti beberapa tetap lebih lembut sementara yang lain lebih kaku saat masih elastis. Lapisan yang lebih kaku — disebut “elastiff” oleh para peneliti — digunakan untuk area elektronik aktif.

Hasilnya adalah susunan transistor yang memiliki kinerja listrik yang hampir sama ketika diregangkan dan ditekuk seperti ketika tidak diubah bentuknya. Faktanya, mereka memiliki variasi kinerja kurang dari lima persen ketika diregangkan dengan ketegangan hingga 100 persen. Tim juga menggunakan konsep tersebut untuk merancang dan membuat bagian sirkuit lainnya termasuk gerbang NOR, osilator cincin, dan amplifier. Gerbang NOR digunakan dalam sirkuit digital, sedangkan osilator cincin digunakan dalam teknologi identifikasi frekuensi radio (RFID). Dengan membuat bagian-bagian ini berhasil diregangkan, para peneliti dapat membuat elektronik yang lebih kompleks lagi.

Amplifier yang dapat diregangkan yang mereka kembangkan adalah salah satu sirkuit mirip kulit pertama yang mampu memperkuat sinyal elektrofisiologis yang lemah — hingga beberapa milivolt. Itu penting untuk merasakan sinyal terlemah tubuh seperti yang berasal dari otot. Sinyal dapat diproses dan diperkuat langsung di kulit.

Desain sedang dinilai sebagai alat diagnostik untuk ALS. Dengan mengukur sinyal dari otot, para peneliti berharap untuk mendiagnosis penyakit dengan lebih baik sambil mendapatkan pengetahuan tentang bagaimana penyakit itu mempengaruhi tubuh. Mereka juga berharap dapat menguji desain elektronik yang dapat ditanamkan di dalam tubuh dan membuat sensor untuk semua jenis sinyal tubuh.