Desarrollan fibra electrónica con metal líquido que permite sensores flexibles

Investigadores de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) desarrollaron un sensor electrónico basado en fibra que mantiene su funcionalidad incluso cuando se estira más de diez veces su longitud original. Este dispositivo tiene un gran potencial para aplicaciones en textiles inteligentes, dispositivos de rehabilitación física y robótica suave.

El término "metal líquido" puede evocar imágenes de sustancias peligrosas como el mercurio, pero en el Laboratorio de Materiales Fotónicos y Dispositivos de Fibra (FIMAP) de la EPFL, se refiere a una mezcla de indio y galio que es no tóxica, permanece líquida a temperatura ambiente y muestra un gran potencial para desarrollar fibras electrónicas para dispositivos portátiles y sensores robóticos.

Sin embargo, como explicó el director del FIMAP, Fabien Sorin, los metales líquidos son extremadamente difíciles de procesar, y es especialmente complicado producir fibras electrónicas que combinen alta y estable conductividad con elasticidad. Ahora, el laboratorio superó este desafío utilizando una técnica llamada termoconformado, que tradicionalmente se usa para fabricar fibras ópticas.

"Hemos integrado el termoconformado en un proceso simplificado para producir sensores de fibra con propiedades electrónicas finamente ajustadas, lo que los convierte en candidatos prometedores para textiles inteligentes en aplicaciones de monitoreo deportivo y de salud", afirmó Sorin.

El equipo utilizó su técnica, publicada en Nature Electronics, para construir una rodillera inteligente que puede monitorear los movimientos y la función articular de un usuario durante la actividad.

Simple, sensible y elástica

El proceso de termoconformado comienza con la creación de una versión macroscópica de la fibra electrónica llamada preforma, que contiene componentes de metal líquido dispuestos cuidadosamente en un patrón tridimensional. La preforma se calienta y se estira, como si fuera plástico derretido, para crear fibras de unos pocos cientos de micrones a milímetros de diámetro que retienen el mismo patrón tridimensional.

La estudiante de doctorado y primera autora, Stella Laperrousaz, explicó que este patrón es clave para la innovación del equipo, ya que les permite controlar qué áreas de una fibra individual son activas (conductoras eléctricas) o inactivas (aislantes).

"Cuando el metal líquido se mezcla con una matriz de elastómero suave, forma muchas pequeñas gotas. El proceso de calentar y estirar la preforma rompe estas gotas y activa el metal líquido. Esto significa que podemos ajustar finamente la funcionalidad de una sola fibra controlando qué áreas se vuelven activas a través del estrés cortante causado por el proceso de estiramiento de la preforma", añadió.

Los experimentos mostraron que las fibras del equipo permanecieron altamente sensibles incluso cuando se estiraron más de diez veces su longitud original, lo que otorga a la técnica una ventaja significativa sobre otros métodos que luchan por equilibrar el rendimiento eléctrico con la elasticidad y la facilidad de procesamiento.