La Nueva Nanotecnología Permite El Seguimiento óptico Del Movimiento De Los Dedos Sin Contacto

Los científicos están desarrollando pantallas sin contacto avanzadas

Cambio de color sin contacto: una nanoestructura que contiene capas alternas de nanohojas de fosfatoantimoniato y nanopartículas de óxido crea color de la misma manera que un ala de mariposa o un nácar. El color cambia cuando un dedo llega a unos pocos milímetros de él. Esto se debe a que el material absorbe la humedad que emite el dedo. Crédito: Materiales avanzados 2015 / MPI para investigación en estado sólido

Los científicos del Instituto Max Planck han desarrollado nanoestructuras que cambian sus propiedades eléctricas e incluso ópticas tan pronto como un dedo se acerca a ellos, lo que hace posible el seguimiento óptico de dedos sin contacto.

Si bien las pantallas táctiles son prácticas, las pantallas táctiles lo serían aún más. Eso es porque, a pesar de que las pantallas táctiles han permitido el avance del teléfono inteligente en nuestras vidas y son esenciales para que podamos usar cajeros automáticos o máquinas expendedoras de boletos, tienen ciertas desventajas. Las pantallas táctiles sufren desgaste mecánico con el tiempo y son una vía de transmisión de bacterias y virus.

Una pantalla sin contacto puede aprovechar un rasgo humano que es de vital importancia, aunque a veces no deseado: este es el hecho de que nuestro cuerpo suda y emite constantemente moléculas de agua a través de pequeños poros de la piel. Los científicos del grupo de Nanoquímica dirigido por Bettina Lotsch en el Instituto Max Planck de Investigación del Estado Sólido en Stuttgart y el LMU de Múnich ahora han podido visualizar la transpiración de un dedo con un sensor de humedad especial que reacciona tan pronto como un objeto, como un dedo índice: se acerca a su superficie, sin tocarlo. La humedad creciente se convierte en una señal eléctrica o se traduce en un cambio de color, lo que permite medirla.

Fosfatoantimónico ácido es lo que le permite hacer esto. Este ácido es un sólido cristalino a temperatura ambiente con una estructura formada por átomos de antimonio, fósforo, oxígeno e hidrógeno. “Los científicos saben desde hace mucho tiempo que este material es capaz de absorber agua y se hincha considerablemente en el proceso”, explicó Pirmin Ganter, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido y el Departamento de Química en LMU Munich. Esta absorción de agua también cambia las propiedades del material. Por ejemplo, su conductividad eléctrica aumenta a medida que aumenta el número de moléculas de agua almacenadas. Esto es lo que le permite servir como medida de la humedad ambiental.


Un sensor de humedad permite pantallas sin contacto. El material para una pantalla sin contacto, desarrollado por un equipo que trabaja con B. Lotsch del Instituto Max Planck para la Investigación del Estado Sólido y LMU Munich, cambia su conductividad eléctrica y, fundido en una nanoestructura fotónica, el color también, a medida que toma hasta el vapor de agua.

Una estructura de nanomaterial sándwich expuesta a la humedad también cambia de color

Sin embargo, los científicos no están tan interesados ​​en desarrollar un nuevo sensor de humedad. Lo que realmente quieren es usarlo en pantallas sin contacto. “Debido a que estos sensores reaccionan de una manera muy local a cualquier aumento de humedad, es muy posible que este tipo de material con propiedades dependientes de la humedad también se pueda usar para pantallas y monitores sin contacto”, dijo Ganter. Las pantallas sin contacto de este tipo no requerirían más que un dedo para acercarse a la pantalla y cambiar sus propiedades eléctricas u ópticas, y con ellas la señal de entrada, en un punto específico de la pantalla.

Tomando como base las nanoláminas de fosfatoantimoniato, los científicos de Stuttgart desarrollaron una nanoestructura fotónica que reacciona a la humedad cambiando de color. “Si esto estuviera integrado en un monitor, los usuarios recibirían retroalimentación visible al movimiento de sus dedos”, explicó Katalin Szendrei, también estudiante de doctorado en el grupo de Bettina Lotsch. Con este fin, los científicos crearon un material sándwich multicapa con capas alternas de nanohojas ultrafinas de fosfatoantimoniato y nanopartículas de dióxido de silicio (SiO2) o dióxido de titanio (TiO2). Compuesto por más de diez capas, la pila finalmente alcanzó una altura de poco más de una millonésima de metro.

Por un lado, el color del material sándwich se puede establecer mediante el grosor de las capas. Y por otro, el color del sándwich cambia si los científicos aumentan la humedad relativa en el entorno inmediato del material, por ejemplo, moviendo un dedo hacia la pantalla. “La razón de esto radica en el almacenamiento de moléculas de agua entre las capas de fosfatoantimoniato, lo que hace que las capas se hinchen considerablemente”, explicó Katalin Szendrei. “Un cambio en el grosor de las capas en este proceso se acompaña de un cambio en el color del sensor, producido de manera similar a lo que da color a un ala de mariposa o en nácar”.

El material reacciona al cambio de humedad en unos pocos milisegundos.

Esta es una propiedad fundamentalmente conocida y característica de los denominados cristales fotónicos. Pero los científicos nunca antes habían observado un cambio de color tan grande como el que tienen ahora en el laboratorio de Stuttgart. “El color de la nanoestructura cambia de azul a rojo cuando se acerca un dedo, por ejemplo. De esta forma, el color se puede sintonizar en todo el espectro visible en función de la cantidad de vapor de agua absorbida ”, enfatizó Bettina Lotsch.

El nuevo enfoque de los científicos no solo es cautivador por el sorprendente cambio de color. Lo que también es importante es el hecho de que el material reacciona al cambio de humedad en unos pocos milisegundos, literalmente en un abrir y cerrar de ojos. Los materiales informados anteriormente normalmente tardaban varios segundos o más en responder. Eso es demasiado lento para aplicaciones prácticas. Y hay otra cosa que otros materiales no siempre pueden hacer: la estructura tipo sándwich que consta de nanohojas de fosfatoantimonato y nanopartículas de óxido es muy estable desde una perspectiva química y responde selectivamente al vapor de agua.

Una capa protectora contra las influencias químicas debe dejar pasar la humedad

Los científicos pueden imaginar que sus materiales se utilizarán en mucho más que en las generaciones futuras de teléfonos inteligentes, tabletas o computadoras portátiles. “En última instancia, pudimos ver pantallas sin contacto también desplegadas en muchos lugares donde las personas actualmente tienen que tocar monitores para navegar”, dijo Bettina Lotsch. Por ejemplo, en cajeros automáticos o máquinas expendedoras de billetes, o incluso en las balanzas del pasillo de verduras del supermercado. Las pantallas en lugares públicos que son utilizadas por muchas personas diferentes tendrían distintos beneficios de higiene si no tuvieran contacto.

Pero antes de que veamos que se utilizan en esos lugares, los científicos tienen algunos desafíos más que superar. Es importante, por ejemplo, que las nanoestructuras se puedan producir de forma económica. Para minimizar el desgaste, las estructuras aún deben recubrirse con una capa protectora si se van a usar en algo como una exhibición. Y eso, de nuevo, tiene que cumplir no uno sino dos requisitos diferentes: Debe proteger las capas sensibles a la humedad contra influencias químicas y mecánicas. Y, por supuesto, debe dejar pasar la humedad. Pero los científicos de Stuttgart ya tienen una idea de cómo lograrlo. Una idea que están comenzando a poner en práctica actualmente con un socio de cooperación adicional a bordo.

Publicación : Katalin Szendrei, et al., “Seguimiento óptico del movimiento de los dedos sin contacto basado en nanohojas 2D con capacidad de respuesta a la humedad gigante”, Materiales avanzados, 2015; DOI: 10.1002 / adma.201503463

Añadir un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *