Je fester der Druck, desto heller das Licht
Elektronische Haut leuchtet auf Druck in verschiedenen Farben.
Das Potenzial von berührungsempfindlichen Touchscreens ist noch lange nicht ausgereizt. So entwickelte nun eine Arbeitsgruppe an der University of California in Berkeley eine flexible, elektronische Haut, die umso heller leuchtet je stärker auf sie gedrückt wird. Dieser optische Drucksensor könnte nach Meinung der Forscher zu neuartigen Mensch-Maschine-Schnittstellen und interaktiven Leuchttapeten führen.
Abb.: 16 × 16-Pixel-Prototyp mit einer Fläche von rund 3 × 3 Quadratzentimetern, in dem organische Leuchtdioden mit einem druckempfindlichen Gummi kombiniert wurden. (Bild: C. Wang & A. Javey)
Ali Javey und seine Kollegen vom Laboratory for Materials and Device Innovation kombinierten dazu organische Leuchtdioden mit einem druckempfindlichen und elektrisch leitfähigen Kunststoff. Auf einer hauchdünnen Schicht aus flexiblem Polyimid deponierten sie mit lithografischen Verfahren ein Netzwerk von Transistoren aus halbleitenden Kohlenstoffnanoröhrchen. Über diese setzten sie eine durchsichtige Schicht aus Indiumzinnoxid sowie lichtaktive organische Substanzen, die in organischen Leuchtdioden für die Emission von grünem, blauem, rotem und gelbem Licht verantwortlich sind. Abgedeckt mit einer Elektrode aus Lithiumfluorid und Aluminium folgte dann eine Lage aus einem druckempfindlichen Gummi, der über die gesamte elektronische Haut laminiert werden konnte.
Video: Interactive E-Skin Developed at UC Berkeley. (Quelle: UCB)
Mit diesem mehrstufigen Prozess schufen Javey und seine Kollegen ein Areal aus 256 Pixeln auf einer Fläche von gut zehn Quadratzentimetern. Versorgt mit einer Spannung von bis zu zehn Volt konnten die organischen Leuchtdioden Licht in verschiedenen Farben aussenden. Dabei wirkte das druckempfindliche Gummi wie ein dimmbarer Schalter. Unter Tastdrücken zwischen 5 und 98 Kilopascal stieg der Stromfluss sukzessive auf bis zu 10 Milliampere an. Die Helligkeit der OLEDs steigerte sich dabei von einigen 100 auf bis zu 4400 Candela pro Quadratmeter. Die Reaktionsgeschwindigkeit dieser leuchtenden Druckpixel rangierte bei wenigen Millisekunden.
Abb.: Die interaktive Oberfläche des 16 × 16-Pixel-Prototyps in Funktion (künstlerische Illustration). Die OLEDs unter dem Finger beginnen direkt vor Ort zu Leuchten, statt durch Signale einer externen Recheneinheit. (Bild: C. Wang & A. Javey)
Dieser Prototyp einer elektronische Haut belegt, wie OLEDs mit Sensoren kombiniert werden können. Mögliche Anwendungen sieht das Team etwa in einer intelligenten Bandage, die Puls und Blutdruck über unterschiedlich helle Lichtsignale anzeigen könnte. Doch auch für Entwickler von Tablet-PCs, interaktiven Leuchttapeten oder tastempfindlichen Robotern könnte diese Art von flexiblen Sensorfolien interessant sein. In weiteren Versuchen wollen die Forscher leuchtende Sensoren entwickeln, deren Helligkeit sich nicht nur unter mechanischem Druck sondern auch bei verschiedenen Temperaturen ändert.
Jan Oliver Löfken
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