Materiały mechanoluminescencyjne (ML), które po zastosowaniu mechanicznym emitują światło bez konieczności stosowania zewnętrznego źródła zasilania, są bardzo obiecujące w przypadku zaawansowanych technologii, takich jak interfejsy kontrolowane przez zgryz, monitorowanie stanu zdrowia i precyzyjny pomiar siły. Jednak jednym z wyzwań związanych z tymi materiałami jest szerokie spektrum emitowanego światła, które może zmniejszać czułość i wytwarzać niepożądany szum, ograniczając ich skuteczność w zastosowaniach związanych z wykrywaniem.
Rozwiązanie problemu z filtrem kolorów
Naukowcy z Korei Południowej i Wielkiej Brytanii pod kierunkiem profesora Hyosung Choi z Uniwersytetu Hyangang opracowali nowe podejście do poprawy rozdzielczości czujników ML. Ich praca, opublikowana w Advanced Materials, polega na powlekaniu materiału ML, siarczku cynku domieszkowanego miedzią (ZnS:Cu), specjalną powłoką polimerową. Powłoka ta, wykonana z poli(9,9-dioktylofluoreno-alt-benzotiadiazolu) (F8BT), działa jak filtr barwny, selektywnie redukując emisję światła poniżej 490 nanometrów. To zawężenie widma światła z 94 nm do 55 nm znacznie poprawia zdolność rozróżniania różnych sygnałów.
Nowa podwójna funkcja: kompensacja światła
Zwykle filtrowanie kolorów zmniejsza ogólną intensywność emitowanego światła. Natomiast w tym innowacyjnym systemie sam polimer F8BT emituje światło aktywowane naciskiem mechanicznym, które kompensuje tę stratę. Ta podwójna funkcjonalność – działająca zarówno jako filtr, jak i źródło światła – jest kluczową zaletą. Odfiltrowując niepożądane kolory przy jednoczesnym zachowaniu silnej niebieskiej poświaty, system minimalizuje szumy widmowe i poprawia rozdzielczość w praktycznych kontrolerach dotykowych.
Dowód koncepcji: system śledzenia kolorów
Aby zademonstrować możliwości systemu, badacze stworzyli system śledzenia kolorów jako dowód słuszności koncepcji, wykorzystując ZnS:Cu pokryty F8BT. System ten dokładnie rozróżnia sygnały ML w kolorze niebieskim i zielonym, wykazując wysoką rozdzielczość widmową osiągniętą dzięki strategii filtrowania chromatycznego.
Perspektywy przyszłych zastosowań
Technologia ta otwiera ekscytujące możliwości w szerokim zakresie zastosowań:
- Ubierane czujniki środowiska kosmicznego: Ilościowa ocena aktywności załogi w kosmosie, wymagająca lekkich i energooszczędnych rozwiązań monitorujących.
- Urządzenia sterujące typu ustnik: Umożliwiają sterowanie wózkiem inwalidzkim za pomocą gestów gryzienia, podczas których określone ruchy (w lewo, w środku, w prawo) wywołują różne działania.
- Zdrowie osób starszych: zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania na technologie nieulotne do wykrywania obciążenia na potrzeby monitorowania ruchu i robotyki wspomagającej, zwłaszcza w obliczu starzenia się populacji.
„Wraz z przyspieszaniem procesu starzenia się społeczeństwa będzie rosło zapotrzebowanie na przyjazne dla środowiska, niezależne od energii technologie wykrywania obciążenia, które są bezpośrednio związane ze zdrowiem osób starszych” – stwierdził profesor Choi.
Wizja długoterminowa: zielone czujniki i pozyskiwanie energii
Oprócz bezpośrednich zastosowań technologia ta ma potencjał do opracowania czujników i interfejsów do gromadzenia energii, które przekształcają energię mechaniczną w światło. Stanowi to przyjazną dla środowiska alternatywę dla tradycyjnych urządzeń zasilanych bateryjnie, znacznie zmniejszając zależność od baterii i ilość odpadów elektronicznych. Wysoka czystość kolorów i niezawodne dekodowanie optyczne umożliwiają długi czas pracy bez zewnętrznego zasilania, aktywację i odczyt przez kamery lub fotodiody, dzięki czemu idealnie nadaje się do środowisk o ograniczonej mocy, takich jak strefy klęsk żywiołowych, odległa infrastruktura, eksploracja głębin morskich i misje kosmiczne. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych pięciu do dziesięciu lat ta innowacja doprowadzi do powstania niewymagających baterii sieci czujników o wysokiej rozdzielczości w wyświetlaczach, urządzeniach do noszenia i sprzęcie bezpieczeństwa przemysłowego.
