从科幻到现实：科学家开发牢不可破、可弯曲的光学传感器

大阪大学的研究人员开发了一种突破性的柔性光学传感器，即使在皱巴巴的情况下也能工作。该传感器使用碳纳米管光电探测器和无线蓝牙技术，可实现非侵入性分析，并有望在成像、可穿戴技术和软机器人方面取得进步。

大阪大学的研究人员在超薄聚合物薄膜上使用碳纳米管和有机晶体管创造了一种柔软、柔韧的无线光学传感器。这项创新有望为成像技术和无损分析技术开辟新的可能性。

近年来，成像技术取得了显著的进步，从每秒能够捕获超过 200 万帧的高速光学传感器到只需一个像素即可捕获图像的紧凑型无镜头相机。

在最近发表在《先进材料》杂志上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在超薄的柔性板上开发了一种光学传感器，该传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这个传感器非常灵活，即使它被揉成一个球，它也能工作。

在相机中，光学传感器是感应通过镜头的光线的设备，类似于人眼内部的视网膜。

传感器设计创新

“传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料构建的，”该研究的主要作者Rei Kawabata说。“这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了一种不同的方法来检测光线。

研究人员没有使用传统的光传感器，而是使用一系列微小的碳纳米管光电探测器，这些光电探测器印在超薄聚合物基板（小于5μm）上。当暴露在光线下时，碳纳米管会升温，产生热梯度，然后产生电压信号。在打印过程中用化学载体掺杂纳米管会进一步提高其灵敏度。使用这些纳米管，可以测量可见光以及红外光，例如与热或分子相关的红外光。

无线技术集成

与碳纳米管传感器一起，有机晶体管也被印刷在聚合物基板上，以将电压信号组织成图像信号。要读取此信号，计算机不需要通过电线物理连接到传感器。取而代之的是无线蓝牙模块。

“与这个无线系统一起，我们的成像仪可以附着柔软和弯曲的物体，以分析它们的表面或内部，而不会损坏它们，”该研究的资深作者Teppei Araki说。

研究人员构建了片状光学传感器的原型，并测试了其感知来自人类手指或电线等物体的热量以及流经管子的葡萄糖的能力。他们发现光学传感器在很宽的波长范围内具有高灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使在皱巴巴的情况下也能工作。

这种无线测量系统和片状光学传感器的独特优势将导致新的、更简单的方法来执行许多任务，例如无需取样即可评估液体质量。研究人员认为，它在许多应用中都具有很高的前景，例如无损成像、可穿戴设备和软机器人。