Eine von der Natur inspirierte Struktur revolutioniert selbstversorgende Sensoren

Flexible, selbstversorgende Sensoren könnten die Art und Weise, wie wir unsere Gesundheit überwachen und mit Maschinen interagieren, grundlegend verändern. Doch ihre Effizienz stößt oft auf ein großes Hindernis: die mechanische Fehlanpassung zwischen biologischem Gewebe und starren Geräten. Wenn ein Sensor auf einem beweglichen Gelenk platziert wird, löst er sich allmählich, verliert den Kontakt mit der Haut und verringert die Signalqualität. Um dieses Problem zu lösen, haben sich Forscher von einer seltenen Besonderheit in der Natur inspirieren lassen: dem auxetischen Effekt.

Bestimmte Materialien, wie die Flügel von Florfliegen, besitzen eine kontraintuitive Eigenschaft. Statt sich seitlich zusammenzuziehen, wenn sie gedehnt werden, weiten sie sich aus. Dieses als auxetischer Effekt bekannte Verhalten ermöglicht es diesen Strukturen, sich besser an gekrümmte Oberflächen anzupassen und Verformungen standzuhalten. Durch die Nachbildung dieser Architektur in Form hexagonaler Metastrukturen haben Wissenschaftler eine neue Art von Sensor entwickelt, der sich perfekt an die Bewegungen des menschlichen Körpers anpassen kann.

Dieser innovative Sensor nutzt zwei Materialschichten, die durch Reibung Strom erzeugen. Eine besteht aus modifiziertem Kollagen, die andere aus mikrostrukturiertem Fluorethylen-Propylen. Wenn sie in Kontakt kommen und sich wieder trennen, erzeugen sie einen elektrischen Strom. Dank der auxetischen Struktur bleibt der Sensor auch bei komplexen Bewegungen in engem Hautkontakt. Er wandelt mechanische Energie mit einer dreimal höheren Effizienz in Elektrizität um als herkömmliche Sensoren und erreicht in linearer Konfiguration bis zu 13,8 % Wirkungsgrad.

Die Innovation endet hier nicht. Kombiniert mit einem KI-Modell ermöglicht dieser Sensor die Erkennung von Objekten oder Gesten mit einer Genauigkeit von über 98 %. Er ebnet den Weg für vielfältige Anwendungen, wie die präzise Bewegungsverfolgung oder die Entwicklung intuitiverer Mensch-Maschine-Schnittstellen. Durch die Kombination von mechanischer Anpassungsfähigkeit und künstlicher Intelligenz verspricht diese Technologie, tragbare Sensoren zuverlässiger, leistungsfähiger und energieautark zu machen.

Bases documentaires

Rapport de référence

DOI : https://doi.org/10.1007/s40820-026-02125-8

Titre : Bioinspired Auxetic Metastructures Enable Biomechanically Adaptive, Machine Learning-Enhanced Self-Powered Sensing with Ultrahigh Efficiency

Revue : Nano-Micro Letters

Éditeur : Springer Science and Business Media LLC

Auteurs : Wei Wang; Xuechuan Wang; Linbin Li; Yi Zhou; Wenlong Zhang; Long Xing; Long Xie; Yitong Wang; Ouyang Yue; Xinhua Liu