Специалисты из Массачусетского технологического института (MIT) представили инновационный эластичный гель, чья электропроводимость существенно трансформируется под влиянием светового излучения, сообщает портал "Современная электроника и технологии автоматизации".
Источник фото: "СТА-Пресс"
Ирина Медведева
Данная работа, выполненная в рамках перспективного направления ионотроники, обещает совершить прорыв в создании гибких роботов, биосовместимых гаджетов и передовых интерфейсов для взаимодействия людей с техникой.
Кабель не нужен, новую электронику можно срастить с живыми тканями
Инженеры представили полимерный состав, повышающий ионную проницаемость в 400 раз. В противовес стандартной электронике, функционирующей на потоках электронов в проводниковых и полупроводниковых материалах, ионотронные устройства применяют движение заряженных ионов, подобно тем, что обеспечивают процессы в организмах живых существ. Применение таких систем открывает отличные возможности для сращивания механизмов с органическими тканями.
Материал создан на базе эластичного полимера
Томас Дж. Уоллин, возглавивший группу ученых, подчеркивает, что главным прорывом стало дистанционное регулирование ионной плотности внутри мягкой структуры.
В основе системы лежат фотоионные генераторы, высвобождающие заряженные частицы при облучении. Исследователи внедрили эти компоненты в структуру полиуретана посредством специализированного метода проникновения.
Заложена основа «мягкой фото-ионотроники»
Ведущий эксперт Сюй Лю указывает на текущую необратимость этих превращений, однако впереди разработка систем, способных многократно менять состояние «проводник-диэлектрик».
Данные изыскания, представленные в Nature Communications, закладывают фундамент «мягкой фото-ионотроники». Ожидается, что подобные полимеры станут основой сенсоров и мобильных устройств, чувствительных к свету, магнитному воздействию или температурным сдвигам.
Специалисты уже называют разработку важным мостом между классическими электронными компонентами и живыми организмами, что позволит вывести взаимодействие человека и технологий на принципиально новый, органичный уровень.
Перспективы фото-ионотроники
Ключевым направлением станет разработка автономных и биосовместимых источников питания.
Мягкая фото-ионотроника может стать основой для создания «искусственного листа» — устройства, которое, подобно растительным клеткам, использует свет для генерации ионных потоков и синтеза химических «топливных» молекул. Это позволит создавать имплантаты и носимые датчики, не требующие внешних батарей, черпающие энергию непосредственно из окружающей среды или из биологических жидкостей организма. Такие системы будут самовосстанавливающимися и полностью интегрированными в биологические процессы.
Другая перспектива — это эволюция в сторону мультимодальных сенсорных систем. Будут созданы гибридные ионно-фотонные сенсоры, способные одновременно обрабатывать информацию от нескольких стимулов: света, механического давления, изменения pH или концентрации специфических биомолекул. Это открывает путь к искусственным нервным окончаниям для робототехники, которые по комплексности восприятия будут приближаться к природным аналогам. Подобные сенсоры смогут обеспечивать обратную связь в протезах нового поколения, давая пользователю не только тактильные ощущения, но и, к примеру, «чувство» температуры или влажности объекта.
Важным этапом станет реализация вычислительных функций на основе ионной логики. В отличие от бинарных электронных сигналов, ионные системы могут оперировать аналоговой информацией, используя градиенты концентраций, частоту и амплитуду ионных импульсов, что сродни принципам работы нейронов. Это может привести к появлению мягких, распределенных нейроморфных схем, способных к обучению и адаптации непосредственно в процессе работы. Такие «мокрые компьютеры» смогут эффективно обрабатывать сигналы от биологических тканей, обеспечивая качественно новый уровень интерфейса «мозг-компьютер».
Наконец, развитие этой области будет стимулировать прогресс в персонализированной медицине и превентивной диагностике. Фото-ионотронные платформы, встроенные в повседневные носимые устройства или даже в умную одежду, смогут непрерывно и ненавязчиво мониторить ключевые биомаркеры в поте или межклеточной жидкости. Реагируя на световые сигналы, такие системы смогут не только диагностировать отклонения, но и точечно доставлять терапевтические агенты, инициируя их высвобождение под действием определенной длины волны. Это создаст замкнутый цикл мониторинга и терапии, работающий в гармонии с физиологией человека.
Инновационные технологические решения в области химии, биологии и медицины - неизменно в фокусе внимания журнала "Химагрегаты" и наших читателей - ученых, инженеров, производственников. Приятно отметить, что на ежегодный конкурс «ХИММЕД 2025» было представлено беспрецедентное количество новых практических разработок в сферах химии, медицины и биотехнологий.