EPFL ontwikkelt extreem rekbare elektronische vezel

Onderzoekers van de École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) hebben een nieuwe elektronische vezel ontwikkeld die zelfs bij een rek van meer dan tien keer haar oorspronkelijke lengte nog functioneel blijft. De vezel combineert elektrische geleiding met een hoge mate van elasticiteit, wat nieuwe mogelijkheden opent voor sensoren in wearables, zachte robotica en revalidatietoepassingen.

De vezel bestaat uit een vloeibaar metaal (een indium-galliumlegering) dat bij kamertemperatuur vloeibaar blijft, ingebed in een elastomeer. Zo ontstaat een flexibele, rekbare structuur die zowel mechanische belasting als elektrische geleidbaarheid aankan.

Fabricage met thermal drawing

De onderzoekers maakten gebruik van een zogenoemd “thermal drawing”-proces, vergelijkbaar met het trekken van optische vezels. Daarbij wordt een grotere preform met dezelfde interne structuur verhit en uitgetrokken tot een vezel met een diameter van enkele honderden micrometers. Tijdens dat proces vormt het vloeibare metaal talloze kleine druppels, die onder invloed van rek en spanning geleidende netwerken vormen.

Functioneel onder extreme rek

De nieuwe vezels kunnen tot ruim 900 procent worden uitgerekt zonder dat de elektrische eigenschappen verloren gaan. In demonstraties werden ze toegepast in een kniebrace die bewegingen van het gewricht in real time registreert. De sensor kan onderscheid maken tussen lopen, rennen en springen – en blijft stabiel, ook na herhaald rekken.

Toepassingen in slimme systemen

De technologie is interessant voor uiteenlopende domeinen waarin flexibiliteit en sensoring samenkomen. Denk aan zachte robots met ingebouwde tastzin, medische hulpmiddelen die beweging of druk meten, of textiele sensoren voor sport en gezondheidsmonitoring. Omdat de vezel via het trekproces in lange lengtes geproduceerd kan worden, is opschaling technisch haalbaar.

Uitdagingen richting praktijk

Voor industriële toepassing blijven nog vragen open. De levensduur onder langdurige mechanische belasting moet verder worden onderzocht, net als de stabiliteit van het vloeibare metaal in wisselende omgevingen. Ook integratie met bestaande textiel- of polymeerprocessen vraagt nog ontwikkeling. Toch laat de studie zien dat de kloof tussen zachte materialen en elektronische functionaliteit snel kleiner wordt.