I ricercatori della Shinshu University, in Giappone, hanno sviluppato un nuovo materiale composito piezoelettrico costituito da nanofibre di fluoruro di polivinilidene elettrofilate combinate con dopamina che promette progressi nel campo della medicina, della sanità e della robotica.
I robot stanno diventando più agili e l’elettronica indossabile non è più fantascienza, quindi i tradizionali sensori a base di silicio dovranno essere sostituiti da sensori flessibili, che offrono un migliore comfort e una maggiore versatilità. In particolare, i sensori piezoelettrici possono convertire lo stress meccanico e l’allungamento in un segnale elettrico. In questo contesto, un team di scienziati dell’Università di Shinshu, in Giappone, ha deciso di migliorare la progettazione di sensori piezoelettrici flessibili usando una tecnica di produzione consolidata: l’elettrofilatura.
Il design del sensore flessibile proposto prevede l’elettrofilatura graduale di una membrana composita in nanofibra 2D. Prima vengono filate nanofibre di fluoruro di polivinilidene (PVDF) con diametri dell’ordine di 200 nanometri, formando una rete forte e uniforme che funge da base per il sensore piezoelettrico, poi nanofibre di PVDF ultrafini con diametri inferiori a 35 nm sulla base preesistente. Queste fibre si intrecciano automaticamente tra gli spazi della rete di base, creando una particolare topologia 2D. Per aumentare ulteriormente la stabilità del materiale, i ricercatori hanno introdotto la dopamina (DA) durante il processo di elettrofilatura, che ha formato una struttura protettiva nucleo-guscio.
“Il sensore fabbricato utilizzando membrane composite PVDF/DA ha mostrato prestazioni eccellenti, tra cui un ampio intervallo di risposta, un’elevata sensibilità a forze deboli nell’intervallo di 0-4 N e un’eccellente durata operativa – osserva il ricercatore Ick Soo Kim –. Considerando che i sensori ad alta tecnologia vengono attualmente impiegati per monitorare i movimenti dei robot, i nostri sensori piezoelettrici superiori basati su nanofibre proposti hanno un grande potenziale non solo per il monitoraggio dei movimenti umani, ma anche nel campo della robotica umanoide”.
L’ultimo tassello
Per facilitare l’adozione di questi sensori, il gruppo di lavoro si concentrerà sul miglioramento delle proprietà di uscita elettrica del materiale, in modo che i componenti elettronici flessibili possano essere guidati senza la necessità di una fonte di alimentazione esterna.
