Introducing non-covalent crosslinking moieties to polymer semiconductors produces a stretchable and healable material suitable for wearable electronics. There is great interest and potential in the development of skin-inspired flexible and wearable electronic devices. Such devices require materials that twist, fold and bend with no loss in electronic—or material—properties. Zhenan Bao and colleagues report a conjugated polymer that also incorporates non-covalent interactions between adjacent chains, enabling the material to accommodate up to 100% strain whilst maintaining high charge-carrier mobility. In this proof-of-principle study the authors use the polymers to fabricate flexible and stretchable organic transistors that combine robustness with good electronic properties. Thin-film field-effect transistors are essential elements of stretchable electronic devices for wearable electronics1,2. All of the materials and components of such transistors need to be stretchable and mechanically robust3,4. Although there has been recent progress towards stretchable conductors5,6,7,8, the realization of stretchable semiconductors has focused mainly on strain-accommodating engineering of materials, or blending of nanofibres or nanowires into elastomers9,10,11. An alternative approach relies on using semiconductors that are intrinsically stretchable, so that they can be fabricated using standard processing methods12. Molecular stretchability can be enhanced when conjugated polymers, containing modified side-chains and segmented backbones, are infused with more flexible molecular building blocks13,14. Here we present a design concept for stretchable semiconducting polymers, which involves introducing chemical moieties to promote dynamic non-covalent crosslinking of the conjugated polymers. These non-covalent crosslinking moieties are able to undergo an energy dissipation mechanism through breakage of bonds when strain is applied, while retaining high charge transport abilities. As a result, our polymer is able to recover its high field-effect mobility performance (more than 1 square centimetre per volt per second) even after a hundred cycles at 100 per cent applied strain. Organic thin-film field-effect transistors fabricated from these materials exhibited mobility as high as 1.3 square centimetres per volt per second and a high on/off current ratio exceeding a million. The field-effect mobility remained as high as 1.12 square centimetres per volt per second at 100 per cent strain along the direction perpendicular to the strain. The field-effect mobility of damaged devices can be almost fully recovered after a solvent and thermal healing treatment. Finally, we successfully fabricated a skin-inspired stretchable organic transistor operating under deformations that might be expected in a wearable device.

I've got a feeling Sensory (or afferent) nerves bring sensations of touch, pain, or temperature variation to the central nervous system and brain. Using the tools and materials of organic electronics, Kim et al. combined a pressure sensor, a ring oscillator, and an ion gel–gated transistor to form an artificial mechanoreceptor (see the Perspective by Bartolozzi). The combination allows for the sensing of multiple pressure inputs, which can be converted into a sensor signal and used to drive the motion of a cockroach leg in an oscillatory pattern. Science , this issue p. 998 ; see also p. 966

Some animals, such as the chameleon and cephalopod, have the remarkable capability to change their skin colour. This unique characteristic has long inspired scientists to develop materials and devices to mimic such a function. However, it requires the complex integration of stretchability, colour-changing and tactile sensing. Here we show an all-solution processed chameleon-inspired stretchable electronic skin (e-skin), in which the e-skin colour can easily be controlled through varying the applied pressure along with the applied pressure duration. As such, the e-skin's colour change can also be in turn utilized to distinguish the pressure applied. The integration of the stretchable, highly tunable resistive pressure sensor and the fully stretchable organic electrochromic device enables the demonstration of a stretchable electrochromically active e-skin with tactile-sensing control. This system will have wide range applications such as interactive wearable devices, artificial prosthetics and smart robots.

Human skin relies on cutaneous receptors that output digital signals for tactile sensing in which the intensity of stimulation is converted to a series of voltage pulses. We present a power-efficient skin-inspired mechanoreceptor with a flexible organic transistor circuit that transduces pressure into digital frequency signals directly. The output frequency ranges between 0 and 200 hertz, with a sublinear response to increasing force stimuli that mimics slow-adapting skin mechanoreceptors. The output of the sensors was further used to stimulate optogenetically engineered mouse somatosensory neurons of mouse cortex in vitro, achieving stimulated pulses in accordance with pressure levels. This work represents a step toward the design and use of large-area organic electronic skins with neural-integrated touch feedback for replacement limbs.

A bioinspired microhairy sensor is developed to enable ultraconformability on nonflat surfaces and significant enhancement in the signal-to-noise ratio of the retrieved signals. The device shows ≈12 times increase in the signal-to-noise ratio in the generated capacitive signals, allowing the ultraconformal microhair pressure sensors to be capable of measuring weak pulsations of internal jugular venous pulses stemming from a human neck.

Tactile sensing is required for the dexterous manipulation of objects in robotic applications. In particular, the ability to measure and distinguish in real time normal and shear forces is crucial for slip detection and interaction with fragile objects. Here, we report a biomimetic soft electronic skin (e-skin) that is composed of an array of capacitors and capable of measuring and discriminating in real time both normal and tangential forces. It is enabled by a three-dimensional structure that mimics the interlocked dermis-epidermis interface in human skin. Moreover, pyramid microstructures arranged along nature-inspired phyllotaxis spirals resulted in an e-skin with increased sensitivity, minimal hysteresis, excellent cycling stability, and response time in the millisecond range. The e-skin provided sensing feedback for controlling a robot arm in various tasks, illustrating its potential application in robotics with tactile feedback.

Advanced MaterialsVolume 27, Issue 43 p. 6954-6961 Communication A Sensitive and Biodegradable Pressure Sensor Array for Cardiovascular Monitoring Clementine M. Boutry, Clementine M. Boutry Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorAmanda Nguyen, Amanda Nguyen Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorQudus Omotayo Lawal, Qudus Omotayo Lawal Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorAlex Chortos, Alex Chortos Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorSimon Rondeau-Gagné, Simon Rondeau-Gagné Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorZhenan Bao, Corresponding Author Zhenan Bao Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USAE-mail: zbao@stanford.eduSearch for more papers by this author Clementine M. Boutry, Clementine M. Boutry Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorAmanda Nguyen, Amanda Nguyen Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorQudus Omotayo Lawal, Qudus Omotayo Lawal Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorAlex Chortos, Alex Chortos Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorSimon Rondeau-Gagné, Simon Rondeau-Gagné Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USASearch for more papers by this authorZhenan Bao, Corresponding Author Zhenan Bao Shriram Center Chemical Engineering, Stanford University, 443 Via Ortega, Stanford, CA, 94305-4125 USAE-mail: zbao@stanford.eduSearch for more papers by this author First published: 29 September 2015 https://doi.org/10.1002/adma.201502535Citations: 454Read the full textAboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Graphical Abstract An array of highly sensitive pressure sensors entirely made of biodegradable materials is presented, designed as a single-use flexible patch for application in cardiovascular monitoring. The high sensitivity in combination with fast response time is unprecedented when compared to recent reports on biodegradable pressure sensors (sensitivity three orders of magnitude higher), as illustrated by pulse wave velocity measurements, toward hypertension detection. Citing Literature Supporting Information As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Filename Description adma201502535-sup-0001-S1.pdf747 KB Supplementary Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume27, Issue43November 18, 2015Pages 6954-6961 RelatedInformation

Hybrid 3D printing is a new method for producing soft electronics that combines direct ink writing of conductive and dielectric elastomeric materials with automated pick-and-place of surface mount electronic components within an integrated additive manufacturing platform. Using this approach, insulating matrix and conductive electrode inks are directly printed in specific layouts. Passive and active electrical components are then integrated to produce the desired electronic circuitry by using an empty nozzle (in vacuum-on mode) to pick up individual components, place them onto the substrate, and then deposit them (in vacuum-off mode) in the desired location. The components are then interconnected via printed conductive traces to yield soft electronic devices that may find potential application in wearable electronics, soft robotics, and biomedical devices.

The ability to monitor, in real time, the mechanical forces on tendons after surgical repair could allow personalized rehabilitation programmes to be developed for recovering patients. However, the development of devices capable of such measurements has been hindered by the strict requirements of biocompatible materials and the need for sensors with satisfactory performance. Here we report an implantable pressure and strain sensor made entirely of biodegradable materials. The sensor is designed to degrade after its useful lifetime, eliminating the need for a second surgery to remove the device. It can measure strain and pressure independently using two vertically isolated sensors capable of discriminating strain as small as 0.4% and the pressure exerted by a grain of salt (12 Pa), without them interfering with one another. The device has minimal hysteresis, a response time in the millisecond range, and an excellent cycling stability for strain and pressure sensing, respectively. We have incorporated a biodegradable elastomer optimized to improve the strain cycling performances by 54%. An in vivo study shows that the sensor exhibits excellent biocompatibility and function in a rat model, illustrating the potential applicability of the device to the real-time monitoring of tendon healing. Implantable pressure and strain sensors based on biodegradable materials have been designed to naturally decompose after their useful lifetime, eliminating the need for surgical extraction of the device.

Electronic devices that mimic the properties of skin have potential important applications in advanced robotics, prosthetics, and health monitoring technologies. Methods for measuring tactile and temperature signals have progressed rapidly due to innovations in materials and processing methods. Imparting skin-like stretchability to electronic devices can be accomplished by patterning traditional electronic materials or developing new materials that are intrinsically stretchable. The incorporation of sensing methods with transistors facilitates large-area sensor arrays. While sensor arrays have surpassed the properties of human skin in terms of sensitivity, time response, and device density, many opportunities remain for future development.