Un equipo de investigación del Centro de Investigación de Materiales, Arquitecturas e Integración de Nanomembranas en la Universidad Tecnológica de Chemnitz, ha explorado una nueva vía para desarrollar sensores de campo magnético en tres dimensiones extremadamente sensibles y dependientes de la dirección que se pueden integrar en un sistema e-skin (es decir, piel electrónica).

El equipo de investigadores utilizó un enfoque completamente nuevo para la miniaturización y la integración de matrices de dispositivos 3D y dio un gran paso hacia la imitación del tacto natural de la piel humana. Los científicos aseguran que este nuevo enfoque permite una disposición espacial precisa de elementos sensores funcionales en 3D que se pueden producir en masa en un proceso de fabricación paralelo. Dichos sistemas de sensores son extremadamente difíciles de generar mediante métodos establecidos de fabricación microelectrónica.

Similar al tacto de la piel humana

El núcleo del sistema de sensores presentado por el equipo de investigación es el llamado sensor de magnetorresistencia anisotrópica (AMR). Se puede usar un sensor AMR para determinar con precisión los cambios en los campos magnéticos. Los sensores AMR se utilizan actualmente, por ejemplo, como sensores de velocidad en coches o para determinar la posición y el ángulo de los componentes móviles en determinadas máquinas.

Para desarrollar el sistema de sensor, altamente compacto, los investigadores aprovecharon el llamado proceso de micro-origami. Este proceso se utiliza para plegar los componentes del sensor AMR en arquitecturas tridimensionales que pueden resolver el campo vectorial magnético en tres dimensiones. El microorigami permite que una gran cantidad de componentes microelectrónicos encajen en un espacio pequeño y los organicen en una geometría que no se puede lograr con ninguna tecnología de microfabricación convencional. Los procesos de microorigami se desarrollaron hace más de 20 años, y ahora se puede explotar todo el potencial de esta tecnología para nuevas aplicaciones microelectrónicas como el desarrollo de la piel electrónica.

El equipo de investigación integró la matriz de sensores magnéticos de microorigami 3D en una sola matriz activa, donde cada sensor individual puede ser direccionado y leído convenientemente por circuitos microelectrónicos. "a combinación de sensores magnéticos de matriz activa con arquitecturas de microorigami autoensamblables es un enfoque completamente nuevo para miniaturizar e integrar sistemas de detección 3D de alta resolución.

Pelos que anticipan y perciben la dirección del tacto en tiempo real

El equipo de investigación también logró integrar los sensores de campo magnético 3D con pelos finos enraizados magnéticamente en una piel electrónica artificial. La piel electrónica está hecha de un material elastomérico en el que se incrustan la electrónica y los sensores, similar a la piel orgánica, que se entrelaza con los nervios.

Cuando el cabello se toca y se dobla, los sensores magnéticos 3D subyacentes pueden detectar el movimiento y la posición exacta de la raíz magnética. Por lo tanto, la matriz de sensores no solo puede registrar el movimiento desnudo del cabello, sino que también determina la dirección exacta del movimiento.

REFERENCIAS:

Universidad Tecnológica de Chemnitz.