Ohebná elektronika se často představuje jako budoucnost chytrých náplastí, nositelných čidel nebo robotů s citlivým povrchem. Má však velmi přízemní problém: tenké vrstvy plastů, vodivých materiálů a lepidel se po dosloužení špatně oddělují. Výzkumný tým z Národní univerzity v Singapuru proto zkusil postavit senzor jinak. Jejich průhledný hydrogel nazvaný ReCLEAR dokáže v jednom tenkém prvku reagovat na teplotu i tlak, po rozříznutí se postupně spojovat a po skončení experimentu jej lze chemicky rozložit pro další zpracování.
Základem je hydrogel, tedy polymerní síť nasáklá kapalinou. V tomto případě ji tvoří kyselina polyakrylová upravená glycerolem a sůl s ionty zinku. Právě ionty jsou pro funkci čidla podstatné. Když má jedna strana gelu jinou teplotu než druhá, pohybují se v materiálu rozdílně a vytvoří malé elektrické napětí. Jde o termoelektrický jev: zařízení převádí teplotní rozdíl přímo na elektrický signál, aniž by pro samotné snímání teploty potřebovalo vlastní baterii.
Podle studie zveřejněné v časopise Nature Communications propouštěl samotný hydrogel více než 98 % viditelného světla a při tahové zkoušce se mohl prodloužit až na čtrnáctinásobek své původní délky. To neznamená, že by se stejně snadno natahoval hotový výrobek s elektrodami a ochrannými vrstvami. Ukazuje to ale, že aktivní část čidla není křehká jako běžná pevná termoelektrická součástka. Autoři ji uzavřeli mezi dvě recyklovatelné polyuretanové fólie, takže vznikl samostatný průhledný snímač.
Zajímavá je i oprava po poškození. Glycerol v gelu podporuje vodíkové vazby, slabší chemická spojení mezi molekulami, která se po přiložení rozříznutých ploch mohou znovu vytvářet. Nejde ovšem o okamžité zacelení známé z filmů. Po jednom dni dosáhl opravený vzorek asi 39 % původní schopnosti prodloužení, po šesti dnech přibližně 86 %. Po dvanácti dnech se účinnost opravy blížila 90 %. Při opakovaném poškozování navíc výkon klesal; po několika cyklech se do hry dostává ztráta materiálu, nečistoty na povrchu i nedokonalé propojení polymerních řetězců.
Výzkumníci gel také několikrát recyklovali. V laboratorních podmínkách jej ponořili do 3% roztoku peroxidu vodíku a zahřívali na 50 až 70 °C. Polymerní síť se při tom během dvou až tří dnů rozpadla na menší, ve vodě rozpustné části. Získaný materiál pak doplnili čerstvými výchozími látkami a znovu z něj připravili gel. Po pěti recyklačních cyklech zůstával termoelektrický výkon stabilní s jen malou ztrátou, i když vzorek začal měknout a tvořily se v něm bubliny. Tvrzení o úplné recyklovatelnosti je tedy třeba číst jako výsledek řízeného laboratorního postupu, nikoli jako návod na likvidaci elektroniky v domácnosti.
Zařízení neměří jen teplotu. Při stisku vytváří elektrický signál i triboelektrickým jevem, při němž se na rozhraní materiálů oddělují elektrické náboje. Kombinace obou principů umožnila odlišit tlak prstu a jeho teplotu bez složitého rozplétání dvou překrývajících se signálů. Autoři z jednoho čidla sestavili jednoduchou virtuální klávesnici: krátký nebo dlouhý stisk na jedné ze dvou stran spouštěl různé povely. Pro demonstraci stačily pohyby prstu kratší než 1 cm.
Druhý pokus připomínal robotickou kůži. Průhledná vrstva na robotické ruce zachytila změnu napětí už při přiblížení k horkému předmětu ze vzdálenosti zhruba 1 cm. Řídicí systém pak ruku stáhl dřív, než se objektu dotkla; při předmětech o pokojové teplotě naopak mohl robot pokračovat k uchopení. Je to zatím demonstrátor, ne hotový výrobek pro továrny či domácnosti. Přesto spojuje několik vlastností, které se u ohebné elektroniky obvykle řeší odděleně: citlivost, průhlednost, opravitelnost a alespoň částečně uzavřený materiálový oběh.
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.