Носимая электроника постепенно превращается из простых датчиков в многофункциональные устройства, способные принимать базовые решения и оказывать медицинскую помощь в режиме реального времени. Чтобы полностью реализовать эту концепцию, носимые системы должны быть достаточно гибкими и универсальными, чтобы естественным образом подстраиваться под тело и выполнять свои задачи без ущерба для комфорта и надежности. Создание электроники, сочетающей в себе гибкость и вычислительные возможности, остается сложной задачей.
Актуальная проблема в этой области заключается в том, что большинство доступных сегодня носимых электронных компонентов предназначены для выполнения одной конкретной функции. Если инженерам нужно устройство, способное воспринимать сигналы, обрабатывать информацию и хранить данные, им, как правило, приходится объединять несколько разных компонентов в сложные схемы. Это увеличивает размер и энергопотребление носимой системы, делая ее дорогостоящей и менее подходящей для повседневного использования. Но что, если бы одно устройство на основе мягкой электроники могло адаптивно выполнять разные функции?
Группа ученых из Пусанского национального университета в Корее разработала растягивающийся органический электрохимический транзистор (OECT), который можно легко перепрограммировать для использования в различных целях. Это устройство на основе мягкой электроники, работающее за счет перемещения ионов через проводящий полимер, можно обратимо преобразовать из логической схемы для цифровых вычислений в аналоговый «искусственный синапс», изменив концентрацию соли вокруг него.
Вместо того чтобы создавать совершенно новый материал, исследователи модифицировали проводящий полимер PEDOT:PSS с помощью двух добавок. Это улучшило как электропроводность OECT, так и его способность к многократному растяжению без потери свойств. Однако ключевым нововведением стало то, что изменение концентрации хлорида натрия в электролите влияло на движение ионов через транзистор, позволяя переключаться между режимами работы. Высокая концентрация соли обеспечивала быстрое включение и выключение, необходимое для цифровых логических операций. С другой стороны, при более низкой концентрации соли устройство вело себя как аналоговая память, подобно синапсам между нейронами.
Еще одна отличительная особенность заключается в том, что внутреннее состояние устройства видно: при переключении режимов оно меняет цвет со светло-голубого на темно-синий, позволяя пользователю определить его рабочее состояние, просто взглянув на него.
В качестве экспериментальной разработки команда создала наклейку, которая определяет воспалительный отек и температуру кожи, а затем автоматически сжимает или ослабляет компрессионную ленту, снижая риск повреждения тканей.
Предложенная технология, сочетающая биологическую сигнализацию с вычислениями с низким энергопотреблением, выполняемыми непосредственно в датчике, может способствовать развитию нейроморфной биоэлектроники, мягких роботов и адаптивных протезов, которые обучаются и реагируют на окружающую среду.