Japonský výzkumný tým vyvinul inovativní nové aerogely (BFA) z biomasy a alginátu sodného (BFA) inspirované kočičími vousy, jež lze s úspěchem využit pro výrobu flexibilních, vysoce citlivých tlakových/pohybových senzorů.
Tlakové senzory schopné detekovat jemné mechanické podněty lze využívat v nositelných aplikacích využitelných k monitorování lidského pohybu a zdraví. Ty současné však trpí nedostatečnou citlivostí, nízkou odolností a nedostatečnou stabilitou. Tým japonské Univerzity Šinšú se ovšem nechal inspirovat přírodními, vysoce citlivými tlakovými senzory, které mají k dispozici kočky ve svých vouscích, a pokusil se je napodobit. Kočky totiž díky svým vouskům detekují i velice slabé podněty z okolního prostředí. „Jejich vousy neboli vibrissy jsou robustní, ale vysoce citlivé hmatové detektory, hluboce zakořeněné ve speciálních strukturách zvaných folikul-sinusové komplexy (FSC), které zesilují a převádějí slabé mechanické signály na nervové podněty, což kočkám umožňuje detekovat i ty nejmenší změny tlaku v jejich prostředí. Naše aerogely z biomasy napodobují kočičí vibrissy i FSC, což vede k vynikající citlivosti a stabilitě,“ uvádí docent Čchun-chung Ču. Vědcům se pod jeho vedením podařilo vyvinout senzory na bázi aerogelu alginátu sodného a biomasových vláken (BFA), jež mají velmi slušnou citlivost na tlak, odolnost a rychlou odezvu. Zároveň jsou vhodné pro monitorování lidské fyziologie a analýzu pohybu. Badatelé jako matrici pro vytvoření aerogelu BFA využili dlouhá, vysoce pevná, houževnatá a ekologicky šetrná konopná mikrovlákna. Ta nejprve zpracovali in situ polymerací s polyanilinem, čímž vytvořili vodivý povlak zvyšující odolnost. Mikrovlákna potažená polyanilinem pak smíchali s alginátem sodným, který posloužil jako funkční pojivo, čímž vznikl ultralehký aerogel s vysoce porézní strukturou. V poslední době se uhlíkové aerogely, včetně grafenu, uhlíkových nanotrubic, uhlíku na bázi biomasy a MXene- aerogelů, ukazovaly jako slibné alternativní materiály nejen pro zmíněný účel díky své ultralehké hmotnosti, výjimečné vodivosti a rozsáhlému specifickému povrchu. Aerogely na bázi biomasy jsou navíc obzvláště slibné díky své šetrnosti k životnímu prostředí, udržitelnosti a mechanické stabilitě. Jejich výroba se však doposud opírá o vysokoteplotní a energeticky náročné metody. Navíc tradiční modifikace po zpracování mohou ovlivnit jejich dlouhodobou stabilitu a citlivost a zároveň omezit velkovýrobu. Japonská metodika tyto problémy z velké části eliminuje. Experimenty následně potvrdily, že senzor založený na aerogelu BFA je vysoce odolný i při delším používání, má vysokou tlakovou citlivost (6,01 kPa-1) a rychlou odezvu (255 ms). Tento senzor se osvědčil především při monitorování lidské fyziologie. Úspěšně detekoval signály karotického pulzu a rozpoznával vzorce lidského pohybu. Zvládá také rozpoznávání rukopisu jednotlivých lidí během psaní (a bylo by jej tedy možné využívat i k identifikaci oprávněných osob) či přenos informací s využitím Morseovy abecedy.