I materiali meccanoluminescenti (ML), che emettono luce quando sollecitati meccanicamente senza bisogno di una fonte di alimentazione esterna, sono molto promettenti per tecnologie avanzate come interfacce controllate dal morso, monitoraggio della salute e rilevamento preciso della forza. Tuttavia, una sfida con questi materiali è il loro ampio spettro di emissione luminosa, che può ridurre la sensibilità e introdurre rumore indesiderato, ostacolandone l’efficacia nelle applicazioni di rilevamento.
Affrontare la sfida con la filtrazione del colore
Ricercatori della Corea del Sud e del Regno Unito, guidati dal professor Hyosung Choi dell’Università di Hanyang, hanno sviluppato un nuovo approccio per migliorare la risoluzione del sensore ML. Il loro lavoro, pubblicato su Advanced Materials, prevede il rivestimento del materiale ML, solfuro di zinco drogato con rame (ZnS:Cu), con uno speciale guscio polimerico. Questo guscio, realizzato in poli(9,9-diottilfluorene-alt-benzotiadiazolo) (F8BT), agisce come un filtro colorato, riducendo selettivamente le emissioni luminose al di sotto di 490 nanometri. Questo restringimento dello spettro luminoso da 94 nm a 55 nm migliora significativamente la capacità di distinguere tra segnali diversi.
Una nuova doppia funzionalità: compensazione della luce
In genere, il filtraggio del colore riduce l’intensità complessiva della luce emessa. Tuttavia, in questo sistema innovativo, l’emissione di luce propria del polimero F8BT, innescata dalla pressione meccanica, compensa questa perdita. Questa doppia funzionalità, che funge sia da filtro che da fonte di luce, è un vantaggio fondamentale. Filtrando i colori indesiderati e mantenendo una forte emissione di luce blu, il sistema riduce al minimo il rumore spettrale e aumenta la risoluzione nei pratici controller tattili.
Prova di concetto: sistema di tracciamento del colore
Per dimostrare le capacità del sistema, i ricercatori hanno creato un sistema di tracciamento del colore prova di concetto utilizzando ZnS:Cu rivestito con F8BT. Questo sistema distingueva accuratamente tra i segnali ML blu e verdi, dimostrando l’elevata risoluzione spettrale ottenuta attraverso la loro strategia di filtraggio cromatico.
Implicazioni per applicazioni future
Questa tecnologia apre interessanti possibilità per una vasta gamma di applicazioni:
- Sensori indossabili per ambienti spaziali: Quantificazione dell’attività dell’equipaggio nello spazio, che richiedono soluzioni di monitoraggio leggere ed efficienti dal punto di vista energetico.
- Controller a boccaglio: Consentono il funzionamento della sedia a rotelle tramite gesti di masticazione, in cui movimenti specifici (sinistra, centro, destra) attivano azioni diverse.
- Assistenza sanitaria agli anziani: Affrontare la crescente necessità di tecnologie di rilevamento dello stress senza alimentazione per il monitoraggio del movimento e la robotica assistiva, in particolare con l’invecchiamento della popolazione.
“Con l’accelerazione dell’invecchiamento della società, ci sarà una crescente domanda di tecnologie di rilevamento dello stress ecologiche e prive di energia elettrica, direttamente collegate all’assistenza sanitaria agli anziani”, ha affermato il prof. Choi.
Visione a lungo termine: sensori ecologici e raccolta di energia
Oltre alle applicazioni immediate, questa tecnologia ha il potenziale per far avanzare sensori e interfacce per la raccolta di energia che convertono l’energia meccanica in luce. Ciò fornisce un’alternativa ecologica ai tradizionali dispositivi alimentati a batteria, riducendo significativamente la dipendenza dalla batteria e i rifiuti elettronici. L’elevata purezza del colore e la decodifica ottica affidabile consentono lunghi periodi di funzionamento senza alimentazione esterna, attivati e letti con fotocamere o fotodiodi, rendendolo ideale per ambienti con vincoli energetici come zone disastrate, infrastrutture remote, esplorazione delle profondità marine e missioni spaziali. Si prevede che entro i prossimi cinque-dieci anni questa innovazione porterà alla realizzazione di reti di sensori ad alta risoluzione e senza batterie nei display, nei dispositivi indossabili e nelle apparecchiature di sicurezza industriale.
