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Sep 03, 2023

Ultra alto

npj Eletrônica Flexível

npj Flexível Electronics volume 6, Número do artigo: 54 (2022) Cite este artigo

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Os dispositivos de detecção tátil emergentes imitam as funções biológicas da mecanorrecepção humana. Ao introduzir o recurso de transparência óptica, pode levar a capacidades combinadas de inteligência tátil e visual em um único sistema. No entanto, é difícil obter um nível ultraalto de transparência óptica e sensibilidade do dispositivo em uma única estrutura, pois os métodos amplamente utilizados para melhoria da sensibilidade, como elevar a rugosidade da interface, podem reduzir ainda mais a transparência. Utilizando um material iônico transparente com topologias de superfície sintonizáveis, bem como introduzindo uma estratégia de correspondência de índice de refração, propusemos um dispositivo de detecção iontrônica transparente (TIS) baseado no mecanismo de detecção iontrônica, oferecendo simultaneamente alta sensibilidade de dispositivo combinada (83,9 kPa- 1), com ultra alta transparência óptica (96,9%), o maior valor relatado na literatura. Beneficiando-se de seu desempenho abrangente em detecção e características ópticas, os dispositivos TIS possuem um enorme potencial para as interfaces homem-máquina para aplicações industriais e médicas.

A sensação tátil, representando uma importante função perceptiva e coletora de inteligência para os seres humanos, tem sido um tópico ativo de pesquisa e desenvolvimento nos últimos anos1,2. Para obter a informação de toque desejada, tecnologias de sensoriamento tátil flexível têm sido frequentemente procuradas para realizar esse processo de conversão analógico-digital, que simula as funções biológicas da percepção tátil3. Como uma característica chave de desempenho, a sensibilidade do dispositivo serve como uma consideração importante para o projeto do sensor tátil, avaliando a capacidade de detecção sob as variações mínimas de pressão resolvíveis3. Com a alta sensibilidade do aparelho, o sensor tátil tem possibilitado aplicações específicas, como reconhecimento de toques e gestos e detecção de sinais fisiológicos4. Tendência tecnológica recente em fusão de sensores e detecção de multimodalidade fornece incentivos adicionais para habilitar recursos especiais para os esquemas existentes. Para este fim, a incorporação de propriedades ópticas nos sensores táteis pode levar a mais funcionalidades e oportunidades em aplicações de inteligência tátil e visual5, por exemplo, imagens médicas, monitoramento de saúde, bem como peles eletrônicas6. Especificamente, o endoscópio habilitado para toque com feedback de força transparente montado em sua lente objetiva pode detectar e relatar contato físico potencial com tecidos e órgãos internos e, como resultado, pode servir como um recurso de segurança desejável ou sinais de orientação de navegação para clínicas operações diagnósticas e cirúrgicas de cateterismo7. Além disso, os sensores táteis altamente transparentes e sensíveis podem ser introduzidos em eletrônicos vestíveis, a partir dos quais múltiplos sinais fisiológicos, como formas de onda de pressão arterial, frequência cardíaca, frequência respiratória e pressão sanguínea, podem ser detectados de maneira contínua, mantendo sua qualidade óptica. imperceptibilidade8. Além disso, a interface homem-máquina transparente pode oferecer uma experiência de usuário específica ao introduzir a capacidade de detecção de força 3D em uma tela de toque convencional, permitindo o reconhecimento de objetos delicados e feedback tátil para aplicativos de jogos e realidade aumentada9. No entanto, continua sendo um desafio para os sensores táteis flexíveis transparentes atuais atingirem um nível ultraalto de transparência óptica e sensibilidade do dispositivo em um único dispositivo.

Tecnicamente falando, a transmissão de luz reflete o nível geral de absorção e dispersão de luz no meio, bem como a reflexão de luz na interface10,11. A fim de melhorar a transmissão de luz do dispositivo de detecção tátil, a pesquisa atual se concentra principalmente na modificação da transparência óptica intrínseca dos materiais de construção. Embora a perda óptica devido à absorção e dispersão possa ser minimizada selecionando e modificando cuidadosamente o próprio material com a maior transmitância de luz de 99,94% relatada12, a transmitância geral do dispositivo ainda é difícil de alcançar em um nível alto (por exemplo, maior que 95%), devido aos reflexos de luz apresentados em múltiplas interfaces de materiais dentro da estrutura do sensor. Notavelmente, a perda óptica interfacial torna-se consideravelmente severa quando topologia interfacial grosseira é encontrada. Portanto, melhorias adicionais na transparência do dispositivo exigem abordagens alternativas para lidar com a perda óptica causada por tais reflexões de luz interfaciais. Para que os dispositivos de detecção tátil atinjam uma sensibilidade desejável alta, é fundamental projetar uma interface com uma alta área de superfície para detecção13. Portanto, várias estratégias intrigantes têm sido investigadas, como estruturas piramidais, microagulhadas, nanofibrosas e bioinspiradas, a fim de criar uma configuração 'grosseira' da camada funcional ou do eletrodo14. Tais topologias interfaciais podem levar a uma melhor sensibilidade do dispositivo, pois gera um nível de deformação mais apreciável ou uma maior área de contato da superfície sob as mesmas cargas externas15. Infelizmente, essas modificações podem ter influenciado negativamente na transparência geral do aparelho16, que é avaliada principalmente pela transmitância luminosa5. Portanto, a transparência ótica dos sensores táteis, principalmente dos sensores capacitivos, muitas vezes demonstrou uma tendência inversa em relação à sensibilidade do dispositivo17.