Eine Gruppe amerikanischer Ingenieure hat einen Prototyp eines elektronischen Patches mit drahtlosem Zugang entwickelt, der keine Chips oder Netzteile enthält. Die Entwicklung ermöglicht es Ihnen, äußerst komfortable tragbare Sensoren zur Überwachung der Gesundheit von Menschen zu erstellen. Solche Sensoren benötigen keine Kabelverbindung und sind nicht auf sperrige Batterien, Controller und Sender angewiesen.
Die Entwicklung basiert auf der Arbeit amerikanischer Wissenschaftler an der Züchtung defektfreier ultradünner Filme aus Galliumnitrid. Die Technologie ermöglicht es, reinste einkristalline Halbleiterfilme auf einem Graphen-Substrat aufzuwachsen und diese dann für die weitere Verwendung problemlos abzuziehen.
Galliumnitrid zeichnet sich durch piezoelektrische Eigenschaften aus. Es kann sowohl ein elektrisches Signal als Reaktion auf eine Verformung erzeugen als auch mechanische Schwingungen als Reaktion auf elektrische Impulse ausführen. Um das elektrische Signal zu verstärken, brachten Wissenschaftler das dünnste „Netz“ aus Gold auf die Oberfläche von Galliumnitrid auf. Die Dicke des Elements betrug 250 nm, was etwa 100-mal dünner ist als ein menschliches Haar.
Die vorgestellten Sensoren werden wie ein Pflaster auf die Haut geklebt. Ihre Empfindlichkeit reichte aus, um als Reaktion auf den Herzschlag einer Person zu vibrieren und auf das Salz in seinem Schweiß zu reagieren. Die Vibrationen des Materials erzeugen ein elektrisches Signal, das berührungslos von einem Empfänger in der Nähe gelesen werden kann. Mit anderen Worten, das Gerät war in der Lage, sensorische Informationen drahtlos zu übertragen, ohne dass ein Chip oder eine Batterie benötigt wurden.
Der auf die Haut geklebte Sensor hat eine eigene „resonante“ Schwingungsfrequenz. Gleichzeitig werden diese Schwingungen in ein elektrisches Signal umgewandelt, dessen Frequenz von einem Funkempfänger erfasst werden kann. Jede Veränderung des Hautzustands, wie z. B. ein Anstieg der Herzfrequenz, wirkt sich auf die mechanischen Schwingungen des Sensors und das elektrische Signal aus, das er automatisch an den Empfänger überträgt. Ebenso reagiert das Gerät auf Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Schweißes. Durch den Wechsel von Biomarker-Sensoren ist es möglich, eine Vielzahl von Parametern des Zustands einer Person zu überwachen.
„Wenn es zu Veränderungen des Pulses, Chemikalien im Schweiß oder sogar einer UV-Bestrahlung der Haut kommt, können all diese Maßnahmen das Muster der akustischen Oberflächenwellen auf dem Galliumnitridfilm verändern“, stellen die Autoren der Studie fest. „Und die Empfindlichkeit unseres Films ist so hoch, dass er diese Veränderungen erkennen kann.“
2022-08-19 16:15:09
Autor: Vitalii Babkin