Nanotechnologiczny czujnik ruchu

źródło: Nature Nanotechnology

Robot-chirurg poruszający skalpelem z precyzją człowieka albo sensor nieustannie monitorujący oddech noworodka - to wszystko, a z pewnością i wiele więcej da się osiągnąć dzięki nowo utworzonemu nanotechnologicznemu sensorowi analizującemu ruch ludzkiego ciała - donosi "Nature Nanotechnology".

Nanotechnologiczny hit dekady - nanorurki węglowe - po raz kolejny pokazały, że z ich pomocą da się zrobić niemal wszystko.

Materiał ten, czyli zwinięte w rulon płaszczyzny utworzone z pojedynczej warstwy atomów węgla, naukowcy z japońskiego instytutu National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) wykorzystali przy konstrukcji rewolucyjnego sensora ruchu.

Czujnik działa w oparciu o proste zjawisko fizyczne, rejestrując zmiany oporu odpowiednio ułożonych względem siebie nanorurek węglowych. Opór elektryczny rejestrowany jest podczas odkształcania się sensora.

Układ zbudowano z nałożonych na siebie jedna na drugą - niczym dachówki - warstw utworzonych z gęsto upakowanych pojedyncznościennych nanorurek węglowych, których "płatki" zsyntetyzowano za pomocą techniki osadzania w parach.

Kilka nanorurkowych "płatków" nałożono na podstawę utworzoną z elastycznej silikonowej gumy. W testach z sukcesem użyto również pończochy, bandaża oraz innych popularnie wykorzystywanych elastycznych materiałów, jako bazę czujnika ruchu.

Następnie za pomocą kropli izopropanolu usunięto niepotrzebne powietrze, jakie zgromadziło się pomiędzy płatkami nanomateriału oraz pojedynczymi nanorurkami tworzącymi te przewodzące prąd elektryczny płatki. Dzięki temu nanomateriał silnie przywarł do siebie, jak również do podstawy czujnika.

Po pierwszym rozciągnięciu czujnika, nanotechnologiczny element ulegał częściowemu rozerwaniu, zachowując jednak nadal dobre właściwości elektryczne. Sposób rozerwania nanomateriału jest unikatowy i nie zmienia się podczas użytkowania czujnika.

Rozciągając gumową podstawkę czujnika, rozciągnięciu ulegały - nałożone jedna na drugą - warstwy nanorurek węglowych, co skutkowało zmianą ich oporu elektrycznego. Dane te rejestrowane były za pomocą odpowiedniego miernika.

Według autorów odkrycia, nowy czujnik można bez problemu rozciągnąć nawet do 280 procent wyjściowych rozmiarów. Co więcej, proces powtarzany może być 10 tysięcy razy, bez jakichkolwiek widocznych efektów zużycia układu. Warto wspomnieć, że zmiany ruchu (rozciąganie sensora) są wykrywalne już po około 14 milisekundach - wartość ta stanowi swego rodzaju rekord świata.

Jak twierdzą japońscy naukowcy, układ choć wydaje się nieco trywialny, może zrewolucjonizować naszą rzeczywistość.

Najważniejsze kroki przy konstrukcji pojedyncznościennych nanorurek węglowych (ang. SWCNT - single-walled carbon nanotube), fot. Nature Nanotechnology

Z pomocą nowo opracowanego sensora ruchu zbudowano rękawicę naszpikowaną czujnikami ruchu, która w niedalekiej przyszłości będzie tworzyć układy pozwalające na programowanie ruchów precyzyjnego robota prowadzącego skomplikowane operacje chirurgiczne. Inna możliwość praktycznego wykorzystania nanotechnologicznego sensora ruchu to tworzenie urządzeń monitorujących oddech niemowlęcia, w celu uniknięcia tzw. śmierci łóżeczkowej, czyli zespołu nagłego zgonu niemowląt.

PAP