Senzori mecanoluminescenți cu carcasă din polimer cu funcție duală: Control ecologic și de înaltă rezoluție
Cercetătorii de la Universitatea Hanyang au dezvoltate o tehnologie inovatoare în domeniul materialelor mecanoluminescente (ML), care poate revoluționa utilizarea acestor senzori în tehnologii de interfață haptic de generație următoare. Această platformă avansează prin aplicația unei carcase din polimer conjugat, care permite nu doar controlul luminozității, ci și reducerea zgomotului spectral, sporind precizia aplicațiilor senzoriale.
Materialele ML sunt extrem de căutate pentru aplicații precum interfețele utilizatorilor controlate prin mușcătură, monitorizarea mișcărilor în domeniul sănătății și chiar măsurători la nivel de piconewton. Acestea generează lumină atunci când sunt supuse stimulării mecanice, fără a necesita o sursă de alimentare externă. Totuși, spectrele lor de emisie largi au reprezentat o provocare, degradând rezoluția și provocând zgomot în aplicațiile senzoriale, o problemă pe care echipa condusă de profesorul Hyosung Choi de la Departamentul de Chimie al Universității Hanyang a abordat-o cu succes.
Utilizând o strategie de filtrare cromatică, echipa a reușit să îmbunătățească rezoluția senzorilor ML haptic, prin acoperirea polimerului conjugat poly(9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT) pe ZnS:Cu. Această acoperire a permis suprima emisia sub 490 nm, reducând lățimea maximă completă de la 94 nm la 55 nm. Deși filtrarea culorii tinde să scadă intensitatea emisiunii, sistemul propus utilizează fotoluminiscența generată de F8BT pentru a compensa această pierdere, ceea ce reprezintă un avantaj distinctiv semnificativ al acestei abordări.
În testele efectuate, cercetătorii au demonstrat conceptul printr-un sistem de urmărire a culorilor sensibil la apăsare, reușind să distingă corect între semnalele ML de culoare albastră și verde, ceea ce dovedește o rezoluție spectrală ridicată datorită strategiei de filtrare cromatică implementate.
Această tehnologie aduce o contribuție esențială la potențialul commercial al aplicațiilor precum senzorii portabili pentru cuantificarea activităților echipajului în medii spațiale sau dispozitivele de tip ML care permit operarea scaunelor cu rotile prin gesturi cu gura—unde o mușcătură la stânga reprezintă „viraj stânga”, o mușcătură centrală înseamnă „înaintare”, iar o mușcătură la dreapta indică „viraj dreapta”.
Profesorul Choi subliniază că, pe măsură ce societatea se îmbătrânește, cererea pentru tehnologii de monitorizare a stresului, ecologice și fără energie devine din ce în ce mai mare, fiind direct legată de îngrijirea sănătății vârstnicilor. Acest sistem este așteptat să devină o alternativă de ultimă generație pentru diverse tehnologii de senzor stres-între-lumină utilizate în robotică și inginerie biomedicală.
Pe termen lung, tehnologia dezvoltată va rafina senzorii care valorifică energia mecanică și interfațele capabile să transforme energia mecanică în lumină, oferind o soluție ecologică care reduce dependența de baterii și deșeurile electronice. Datorită purității ridicate a culorii și codificării optice fiabile, sistemul poate funcționa pe perioade extinse fără alimentare externă, fiind activat și citit prin camere sau fotodioda. Aceasta îl face potrivit pentru medii cu resurse energetice limitate, precum site-urile de dezastre, infrastructuri îndepărtate, adâncuri marine și chiar în spațiu.
În următorii cinci până la zece ani, această inovație se preconizează că va realiza rețele de senzori de înaltă rezoluție fără baterii, aplicabile în domenii precum afișaje, dispozitive purtabile și siguranța industrială. Professor Choi încheie cu optimism: „Tehnologia noastră ne invită să ne imaginăm o lume mecanoluminescentă în viitor. Textilele și încălțămintea ML care integrează materiale ML pot emite lumină ca răspuns la mișcarea umană, facilitând localizarea purtătorului în timpul alergatului nocturn, îmbinând siguranța cu moda. De asemenea, echipamentele de supraviețuire și protecție bazate pe ML, cum ar fi vestele de salvare și paturile termice, pot transmite semnale de salvare în medii de dezastre, unde sursele de energie sunt limitate sau indisponibile.”
Informații suplimentare: Hong In Jeong et al, High‐Resolution Mechanoluminescent Haptic Sensor via Dual‐Functional Chromatic Filtration by a Conjugated Polymer Shell, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202508917
