Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ученые Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" и Московского физико-технического института (МФТИ) разработали материал для умной одежды и носимых датчиков, который не ломается при сильном сгибании и дольше сохраняет работоспособность. Об этом сообщили ТАСС в пресс-службе Курчатовского института.
"Ученые разработали гибкие мемристоры на основе полимеров, однако такие органические устройства чувствительны к влаге и другому воздействию окружающей среды и со временем деградируют. Авторы использовали гибкую подложку из полиэтиленнафталата, а активный слой изготовили из парилена с добавлением наночастиц оксида молибдена, которые делают материал стабильнее. Разработка может использоваться в основе автономной носимой электроники – например, в умной одежде, фитнес-браслетах и медицинских датчиках", - сообщили ТАСС в научном центре.
Мемристоры представляют собой элементы, которые одновременно хранят и обрабатывают информацию благодаря тому, что их электрическое сопротивление плавно меняется под действием приложенного напряжения и сохраняется после его снятия. Это свойство можно сравнить с пластичностью мозга: "вес" синапса (связи между нейронами) постепенно усиливается или ослабевает в зависимости от того, как часто по нему проходят сигналы. Поэтому на мемристорах можно строить искусственные нейронные сети, работающие прямо в носимом устройстве.
Гибкие мемристоры, которые наиболее подходят для носимой электроники, делают на полимерных подложках, которые чувствительны к влаге и другому воздействию окружающей среды. Авторы работы использовали полимер парилен с добавлением наночастиц оксида молибдена, которые делают материал стабильнее.
"Парилен был выбран неслучайно: этот прозрачный и гибкий полимер одобрен для медицинских применений, и им покрывают имплантаты и электронику для защиты от влаги. У материала есть слабое место — он резко и недостаточно предсказуемо переключается между состояниями. Однако добавление в его структуру полупроводниковых наночастиц позволило решить эту проблему. Улучшение характеристик ученые связывают с тем, что наночастицы помогают сформировать в материале более стабильные проводящие "каналы", посредством которых мемристоры переключаются", - отметили в Курчатовском институте.
Эксперименты показали, что полученные на основе нового материала устройства работают стабильнее аналогов. Они выдерживают более тысячи циклов переключения при сохранении работоспособности в течение многих циклов сильного сгибания (включая изгибы с радиусом до 5 мм). Важно, что даже спустя полгода после испытаний характеристики мемристоров остаются прежними и деградации не наблюдается. Компьютерное моделирование показало, что нейронная сеть на основе созданных мемристоров может распознавать физическую активность человека по сигналам носимых датчиков с точностью около 90%.
"Такие элементы можно разместить, например, на руке или на одежде, и они должны обрабатывать сигналы с существенно меньшими энергозатратами, чем это делают обычные гаджеты. Носимые датчики на их основе будут работать автономно и долго. Наша разработка найдет применение в медицинских системах мониторинга состояния здоровья, нейропротезировании, а в перспективе – в машинном зрении, робототехнике и обработке больших массивов данных", - считает руководитель проекта, научный сотрудник НИЦ "Курчатовский институт" Анна Мацукатова, чьи слова приводит пресс-служба центра.