Bahnbrechende Sensoren: selbstmontierend und hochleitfähig für tragbare Geräte und weiche Roboter

BerlinForscher der Penn State haben ein 3D-gedrucktes Material entwickelt, das weich, dehnbar und selbstassemblierend ist. Dieses neue Material ist nützlich für tragbare Geräte, weiche Roboter und Elektronik, die auf der Haut getragen werden können. Es leitet Elektrizität effektiv, ohne zusätzliche Schritte zu erfordern, und löst damit ein großes Problem älterer Methoden.

Das neue Material setzt sich aus folgenden Komponenten zusammen:

• Flüssigmetall
• Leitfähiges Polymergemisch (PEDOT:PSS)
• Hydrophiles Polyurethan

Beim Drucken und Erhitzen bilden die flüssigen Metallpartikel auf der Unterseite des Materials einen leitfähigen Pfad, während die Partikel auf der Oberseite oxidieren und eine isolierende Schicht schaffen. Dieser Aufbau bietet zwei Vorteile: Die leitende Schicht ist entscheidend für die Übermittlung von Informationen an Sensoren, etwa zur Messung der Muskelaktivität und Belastung des Körpers, während die isolierende Oberschicht das Austreten von Signalen verhindert und so für eine genauere Datenerfassung sorgt.

Tao Zhou, Assistenzprofessor an der Penn State, leitete die Forschung. Er erklärte, dass die Entwicklung von weichen und dehnbaren Leitern seit zehn Jahren ein Ziel ist. Obwohl Leiter auf Basis von Flüssigmetall vielversprechend waren, da sie Strom gut leiten, benötigten sie zusätzliche Schritte wie Dehnen, Komprimieren oder den Einsatz von Lasern, um zu funktionieren. Diese zusätzlichen Prozesse machten sie komplex und führten zu Problemen wie dem Austreten von Flüssigmetall.

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Die Fähigkeit, diese Materialien im 3D-Druckverfahren herzustellen, hat die Entwicklung tragbarer Geräte erheblich vereinfacht. Diese Fortschritte bieten vielversprechende Möglichkeiten, insbesondere im Bereich der assistiven Technologien für Menschen mit Behinderungen. Die einfache Herstellung und hohe Zuverlässigkeit dieser Sensoren können zu besseren und effektiveren tragbaren Geräten führen.

Das Forschungsteam umfasste die Doktoranden Salahuddin Ahmed, Marzia Momin, Jiashu Ren und Hyunjin Lee. Ihre Arbeit wurde durch das Collaborative Seed Grant Program der National Taipei University of Technology und der Penn State, das Department of Engineering Science and Mechanics, das Materials Research Institute sowie die Huck Institutes of the Life Sciences an der Penn State finanziert.

Hochleitfähige, weiche und dehnbare Materialien könnten tragbare Geräte erheblich verbessern. Dies könnte zu besseren Gesundheitssystemen, effizienteren weichen Robotern und optimierten hautintegrierten Elektroniken führen. Mit vereinfachten Herstellungsmethoden und zuverlässiger Leistung könnten diese Materialien bald zum Industriestandard werden.

Penn State hat ein innovatives 3D-gedrucktes Material entwickelt, das sich selbst aufbauen kann und sich hervorragend für tragbare Technologien eignet. Dieses Material ist sehr leitfähig, dehnbar und kann sich eigenständig zusammenfügen, was es ideal für neue Sensoren und Geräte macht. Es verspricht bedeutende Fortschritte in Bereichen wie Gesundheitswesen und Robotik.