Носимые датчики получили повсеместное распространение благодаря беспроводной технологии, которая беспрепятственно передает данные о концентрации глюкозы, кровяном давлении, частоте сердечных сокращений и уровне активности с датчика на смартфон для дальнейшего анализа.
Сегодня большинство беспроводных датчиков обмениваются данными через встроенные чипы Bluetooth, которые сами питаются от небольших батареек. Но эти традиционные чипы и источники питания, вероятно, будут слишком громоздкими для следующего поколения датчиков, которые становятся все меньше, тоньше и гибче.
Теперь инженеры Массачусетского технологического института разработали новый вид носимых датчиков, которые обмениваются данными по беспроводной связи, не требуя встроенных чипов или батарей. Их разработка, подробно описанная в журнале Science, прокладывает путь к созданию беспроводных датчиков без чипов.
Разработанный командой датчик представляет собой форму электронной кожи, или “e-skin”, — гибкой полупроводниковой пленки, которая приклеивается к коже подобно электронной ленте. Сердцем датчика является ультратонкая высококачественная пленка из нитрида галлия, материала, известного своими пьезоэлектрическими свойствами, что означает, что он может генерировать электрический сигнал в ответ на механическое напряжение и механически вибрировать в ответ на электрический импульс.
Исследователи обнаружили, что они могут использовать двусторонние пьезоэлектрические свойства нитрида галлия и использовать материал одновременно и для зондирования, и для беспроводной связи.
В своем новом исследовании команда создала чистые монокристаллические образцы нитрида галлия, которые они соединили с проводящим слоем золота для усиления любого входящего или исходящего электрического сигнала. Они показали, что устройство достаточно чувствительно, чтобы вибрировать в ответ на сердцебиение человека, а также на соль в его поте, и что вибрации материала генерируют электрический сигнал, который может быть считан ближайшим приемником. Таким образом, устройство смогло передавать информацию беспроводным способом без использования чипа или батареи.
“Чипы требуют много энергии, но наше устройство может сделать систему очень легкой без использования каких-либо энергоемких чипов, – рассказывает соавтор исследования Джихван Ким, доцент кафедры машиностроения, материаловедения и инженерии и главный исследователь исследовательской лаборатории Electronics. – Его можно надеть на тело, как нарукавник, и в сочетании с беспроводным считывающим устройством на мобильном телефоне можно беспроводным образом отслеживать пульс, потоотделение и другие биологические сигналы”.
