Растяжимая электроника

Чтобы электронные схемы и проводники можно было встраивать в одежду или различные приборы, надеваемые на тело, они должны быть не только гибкими, но и очень эластичными. Что не всегда одно и то же. Но, как оказалось, при помощи сравнительно простого приёма можно достичь даже 100-процентной упругой растяжимости проводников.
Демонстрационная схема со светодиодами, созданная бельгийцами, не только не боится воды, но позволяет вытягивать себя, словно жевательная резинка (фото TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Демонстрационная схема со светодиодами, созданная бельгийцами, не только не боится воды, но позволяет вытягивать себя, словно жевательная резинка (фото TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Представьте соединительные провода в схеме, которые можно без повреждений растягивать раза в полтора, а то и в два, выполненные из материала с хорошей электрической проводимостью. Такие показатели сулят электронным устройствам новые практические свойства. Ведь ясно, что подобная электроника способна куда лучше прилегать к телу, отвечая на все его движения.

Увы, до сих пор растяжимой электроники мир не видел, хотя примеров гибких схем было предостаточно.

Это своего рода новое измерение гибкости и открыли бельгийские учёные из Межуниверситетского центра микроэлектроники (Interuniversity Microelectronics Centre) и лаборатории микросистем группы тонкоплёночных компонентов университета Гента (TFCG Microsystems Lab): Доменик Бросто (Dominique Brosteaux), Фабрис Аксиза (Fabrice Axisa), Ева Де Лирснайдер (Eva De Leersnyder), Фредерик Боссейт (Frederick Bossuyt), Марио Гонсалес (Mario Gonzalez) и Ян Ванфлетерен (Jan Vanfleteren).

Сетка из растяжимых проводников, соединяющих чипы в узлах, позволит растягивать и скручивать готовое изделие почти любым образом (иллюстрация TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Сетка из растяжимых проводников, соединяющих чипы в узлах, позволит растягивать и скручивать готовое изделие почти любым образом (иллюстрация TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Их проект так и называется: "Растяжимая электроника" (Stretchable electronics).

Мы уже не удивляемся экспериментальным микросхемам и дисплеям, которые можно сгибать как тонкий лист пластика. Только при попытке сколь-нибудь заметно растянуть их в стороны, такие схемы будут неизбежно повреждены. А вот компоненты схем, образцы которых создали в Бельгии, будут работать как ни в чём не бывало.

Впечатляет в этой новинке даже не сама эластичность, а её величина. Опытные устройства, созданные в Генте, показали растяжимость в 50%, а иные даже достигли без проблем показателя более 100%, то есть позволили вытягивать себя более чем вдвое от первоначальной длины.

Меандры из очень тонких проводков в свободном и растянутом состоянии. Их подковообразная форма была выбрана после ряда опытов и, как утверждают исследователи, позволяет минимизировать механическое напряжение (фото TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Меандры из очень тонких проводков в свободном и растянутом состоянии. Их подковообразная форма была выбрана после ряда опытов и, как утверждают исследователи, позволяет минимизировать механическое напряжение (фото TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Каким образом? Всё дело в новой технологии изготовления схем.

Вспомните, какой жёсткой и твёрдой является сталь. Но стоит из неё свить пружину, как получается упругий элемент, способный существенно менять свою длину. В новой технологии использован схожий принцип, только "пружины" не трёхмерные, а плоские.

Основой для эластичной электроники служат тонкие полоски силикона (точнее — полидиметилсилоксана). В их толщу исследователи имплантировали проводки из золота толщиной всего 4 микрометра, покрытого (для обеспечения лучшей спайки контактов) слоем никеля толщиной 2 микрометра.

Полоска со светодиодами при большем увеличении — виден узор из проводников. Внизу: эластичный электронный градусник (фотографии TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Полоска со светодиодами при большем увеличении — виден узор из проводников. Внизу: эластичный электронный градусник (фотографии TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
Золотые нити сгруппированы по четыре проводника шириной 15 микрометров. А такие проводящие дорожки, в свою очередь, формируют в новых схемах меандры (или плоский волнообразный рисунок) с шагом 1,1 миллиметра в нерастянутом состоянии и 1,5 миллиметра и более — в состоянии натяжения.

Течение тока в растянутом устройстве нисколько не прерывается. Даже электрическое сопротивление проводов меняется не более чем на 5%.

Авторы изобретения утверждают, что тонкие полоски силикона служат одновременно и изолятором (устройства можно окунать в воду), и заодно заменяют собой монтажную плату.

Силиконовую
Силиконовую "плату" предложено формировать в точном соответствии с будущим наполнением, то есть — жёсткими деталями устройства (иллюстрация TFCG Microsystems Lab-Ghent University).
При этом внутрь полимера можно вставлять самые различные электронные компоненты, будь то датчики, антенны, излучатели или микрочипы.

Легко представить, как прямоугольная сетка подобных "резиновых" соединений может быть встроена в большой тонкий лист силикона или схожего упругого материала. В каждом узле такой сетки может располагаться по микросхеме или датчику.

Причём авторы предусмотрели в своей технологии "принцип формовки". Заключается он в следующем. Когда изготавливается силиконовая основа для устройства, отмечаются участки, где в дальнейшем будут встроены твёрдые компоненты (чипы, батарейки).

Так может выглядеть многослойное гибкое устройство BioFlex. Синим цветом показан чип, жёлтым — проводники, сопротивления, излучатель и конденсатор, зелёным — датчик (иллюстрация с сайта elis.ugent.be).
Так может выглядеть многослойное гибкое устройство BioFlex. Синим цветом показан чип, жёлтым — проводники, сопротивления, излучатель и конденсатор, зелёным — датчик (иллюстрация с сайта elis.ugent.be).
В этих местах пласт силикона делают заметно толще обычного, так локально там уменьшается эластичность, зато растёт прочность. А в целом устройство сохраняет свои эластичные свойства, несмотря на наличие твёрдых "островков".

Первые образцы эластичной электроники имеют длину (и ширину) порядка нескольких сантиметров.

Бельгийцы изготовили медицинский термометр, который можно закреплять на лбу пациента как эластичную повязку, растяжимую водонепроницаемую схему с набором светодиодов (они ничего особенного не делают, просто демонстрируют возможности технологии) и ещё — водонепроницаемую катушку индуктивности со светодиодом.

Катушка воспринимает энергию от внешнего излучателя, скажем, через воду (ткани организма, одежду и тому подобное). Разные сферы применения такой дистанционной подпитки устройства нетрудно представить в области медицинской техники.

Принцип Stretchable electronics должен быть распространён на три родственных проекта (выполняемых сейчас университетом Гента в содружестве с рядом других научных организаций), или в три группы устройств: это уже не первый год развиваемый BioFlex (Biocompatible Flexible Electronic Circuits — биологически совместимые гибкие электронные схемы) и более свежие STELLA (Stretchable Electronics for Large Area Applications — эластичная электроника для широкой сферы применения) и SWEET (Stretchable and Washable Electronics for Embedding in Textiles — эластичная и водостойкая электроника для встраивания в текстиль).

Заметим, способность спокойно переносить воздействие воды окажется полезной не только в электронике для одежды (которую можно будет запихивать в стиральную машину), но и в медицинских аппаратах, которые необходимо стерилизовать перед повторным применением.

В настоящее время бельгийские новаторы проектируют целую линейку устройств, выполненных по технологии Stretchable electronics. В ближайшее время они обещают показать публике растягиваемые электронные часы, нагреватель, антенны и даже волноводы.

Кроме того...
Открыта самая большая планета во Вселенной
Астрономы Ловелловской обсерватории (Lowell Observatory), штат Аризона, США, обнаружили в созвездии Геркулеса...
За окнами отелей будущего поплывут галактики, акулы и облака
На что будет похож отель середины нынешнего века?...
Говорящее увеличительное стекло назовёт насекомых по имени
Общеизвестно, что дети совершенно серьёзно...
  • Текущие обсуждения статей
Бионическая рука-протез
Телепортация - фантастика или реальность?
Ученые вывели формулу удачи
Смех не лечит раковых больных
Приливы и отливы вызывают сейсмические колебания
Нью-Йорк и Лос-Анджелес уйдут под воду к 2015-му году
Посмотреть весь форум

  • поиск статей на сайте
Введите фразу, слово или часть слова
Темы этого номера
Растяжимая электроника
Растяжимая электроника Растяжимая электроника
Чтобы электронные схемы и проводники можно было встраивать в одежду или различные приборы, надеваемые на тело, они должны быть не только гибкими, но и очень эластичными. Что не всегда одно и то же. Но, как оказалось
Съедобный целлофан из казеина молока и отходов производства биотоплива
Съедобный целлофан из казеина молока и отходов производства биотоплива Съедобный целлофан из казеина молока и отходов производства биотоплива
Съедобную пленку для упаковки продуктов питания можно изготавливать из молочного белка казеина и побочных продуктов производства биотоплива
Проблема контакта с наномиром
Проблема контакта с наномиром Проблема контакта с наномиром
Прежде чем внедрить нанотрубки в микросхему, необходимо создать и стандартизировать систему, которая обеспечит передачу электрических сигналов к ним и от них. После этого откроются новые горизонты в технике
Разработан пропотип нового биоскафандра
Разработан пропотип нового биоскафандра Разработан пропотип нового биоскафандра
Чем сильнее мы желаем защитить астронавта от открытого космоса, тем тяжелее становится его костюм. Ворочаться в таком крайне неудобно. Не пора ли двинуться в противоположную сторону и создать тонкий скафандр
Разработан первый дальнобойный электрошок
Разработан первый дальнобойный электрошок Разработан первый дальнобойный электрошок
"Добро пожаловать в мир беспроводных технологий!" — гласит рекламный лозунг, сопровождающий презентацию новинки из класса несмертельного оружия. Однако "подопечным" новой системы ни мира
Поликлиника на поясе
Поликлиника на поясе Поликлиника на поясе
В Университете Ноттингема создан прибор, который может спасти жизнь миллионам эмбрионов по всему миру. Благодаря ему беременная женщина узнает о патологии плода задолго до того, как у неё заболит живот
Enertia - совершенный электрический мотоцикл
Enertia - совершенный электрический мотоцикл Enertia - совершенный электрический мотоцикл
Он не игрушка на батарейках, однако его использование окажется немногим сложнее и накладнее эксплуатации кофемолки. При этом "кофемолка" не будет отставать от большинства автомобилей на светофорных гонках
Самоходные пассажирские вагоны
Самоходные пассажирские вагоны Самоходные пассажирские вагоны
Гибридный привод на транспорте продолжает наступление. Даже на железной дороге он завоёвывает, пока ещё, узкие ниши. Но, как показывают последние события, перспективы у поездов-гибридов — замечательные
Мечты о Луне реанимируют ядерные двигатели
Мечты о Луне реанимируют ядерные двигатели Мечты о Луне реанимируют ядерные двигатели
После ряда экспериментов 1950-1960-х годов и периода забвения этой технологии американские инженеры поговаривают о возможности применения ядерных движков в лунной программе. Мол, если сдуть пыль со старых чертежей
Нейтронные звёзды присвоили право на джеты
Нейтронные звёзды присвоили право на джеты Нейтронные звёзды присвоили право на джеты
Учёные обнаружили, необычные космические объекты, которые источают джеты. Раньше-то думали, что право распоряжаться ими принадлежит чёрным дырам. А теперь выяснилось
Безжизненный Марс
Безжизненный Марс Безжизненный Марс
Есть ли жизнь на Марсе, была ли она на нем когда-нибудь? Исследования планеты поставляют довольно противоречивые данные. Так, согласно последним выводам, Марс никогда не имел достаточно плотной
Физик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей Вселенной
Физик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей Вселенной Физик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей Вселенной
Физик-теоретик из Института гравитационной физики и геометрии университета Пенсильвании (США) Мартин Боджовальд смог заглянуть за точку большого взрыва, то есть за момент образования нашей Вселенной
Не уснуть и не проснуться
Не уснуть и не проснуться Не уснуть и не проснуться
Уставать можно по-разному. Но хроническая усталость почти у всех одинакова. Впервые описанный в 1984 году, этот синдром долгое время вызывал скепсис и чуть ли не насмешки
Первый ребенок из дозревшей в пробирке и замороженной яйцеклетки
Первый ребенок из дозревшей в пробирке и замороженной яйцеклетки Первый ребенок из дозревшей в пробирке и замороженной яйцеклетки
Канадские врачи официально объявили о рождении первого ребенка из яйцеклетки, созревшей в лабораторных условиях и некоторое время хранившейся в замороженном состоянии
Генетически модифицированный вирус герпеса убивает раковые клетки
Генетически модифицированный вирус герпеса убивает раковые клетки Генетически модифицированный вирус герпеса убивает раковые клетки
Генетически модифицированный вирус герпеса способен уничтожать раковые клетки, оставляя нетронутыми здоровые клетки человеческого организма. По словам разработчиков
Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери
Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери Мать заморозила свои яйцеклетки для дочери
Впервые в мире женщина получила официальное разрешение на криоконсервирование своих яйцеклеток для того, чтобы ее семилетняя дочь, страдающая наследственным заболеванием, в будущем могла иметь детей
Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии
Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии
Люди лишь один из миллионов видов, обитающих на Земле, но при этом мы используем больше четверти солнечной энергии, которую накапливают растения, опережая по этому показателю все остальные виды
Бактерии ожили через 8 млн лет
Бактерии ожили через 8 млн лет Бактерии ожили через 8 млн лет
Микроорганизмы были извлечены из старейшего льда Земли в долине Бикон в Антарктиде, и начали расти, когда их поместили в теплую питательную среду в лаборатории
Океанологи достали из океанской глубины необычное создание
Океанологи достали из океанской глубины необычное создание Океанологи достали из океанской глубины необычное создание
Оно живёт на глубине 1 км в районе Гавайских островов и походит одновременно и на кальмара, и на осьминога. Теперь учёным предстоит выяснить, то ли они нашли новый вид, то ли просто уродца
Гнев Посейдона
Гнев Посейдона Гнев Посейдона
Иногда появление гигантских волн на поверхности океана вполне понятно и ожидаемо, но иногда они — настоящая загадка. Зачастую такая волна - смертный приговор для любого судна
Банкомату исполнилось 40 лет
Банкомату исполнилось 40 лет Банкомату исполнилось 40 лет
Банкомат — это не только электронный программно-технический комплекс
Игровая площадка - компьютер
Игровая площадка - компьютер Игровая площадка - компьютер
"Поколение Playstation" стремительно набирает вес. Очевидно, по увлекательности компьютерные игры легко оставляют позади развлечения на свежем воздухе

 
  • Главные темы / архив
№082текущий номер Технологии
Биоклиматическое здание
    

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • Гнев ПосейдонаГнев Посейдона
    Иногда появление гигантских волн на поверхности океана вполне понятно и ожидаемо, но иногда они — настоящая загадка. Зачастую такая волна - смертный приговор для любого судна
  • Океанологи достали из океанской глубины необычное созданиеОкеанологи достали из океанской глубины необычное создание
    Оно живёт на глубине 1 км в районе Гавайских островов и походит одновременно и на кальмара, и на осьминога. Теперь учёным предстоит выяснить, то ли они нашли новый вид, то ли просто уродца
  • Жадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергииЖадное человечество потребляет львиную долю солнечной энергии
    Люди лишь один из миллионов видов, обитающих на Земле, но при этом мы используем больше четверти солнечной энергии, которую накапливают растения, опережая по этому показателю все остальные виды
  • Бактерии ожили через 8 млн летБактерии ожили через 8 млн лет
    Микроорганизмы были извлечены из старейшего льда Земли в долине Бикон в Антарктиде, и начали расти, когда их поместили в теплую питательную среду в лаборатории
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Игровая площадка - компьютерИгровая площадка - компьютер
    "Поколение Playstation" стремительно набирает вес. Очевидно, по увлекательности компьютерные игры легко оставляют позади развлечения на свежем воздухе
  • Воля случая
  • Технологии
  • Растяжимая электроникаРастяжимая электроника
    Чтобы электронные схемы и проводники можно было встраивать в одежду или различные приборы, надеваемые на тело, они должны быть не только гибкими, но и очень эластичными. Что не всегда одно и то же. Но, как оказалось
  • Проблема контакта с наномиромПроблема контакта с наномиром
    Прежде чем внедрить нанотрубки в микросхему, необходимо создать и стандартизировать систему, которая обеспечит передачу электрических сигналов к ним и от них. После этого откроются новые горизонты в технике
  • Разработан пропотип нового биоскафандраРазработан пропотип нового биоскафандра
    Чем сильнее мы желаем защитить астронавта от открытого космоса, тем тяжелее становится его костюм. Ворочаться в таком крайне неудобно. Не пора ли двинуться в противоположную сторону и создать тонкий скафандр
  • Съедобный целлофан из казеина молока и отходов производства биотопливаСъедобный целлофан из казеина молока и отходов производства биотоплива
    Съедобную пленку для упаковки продуктов питания можно изготавливать из молочного белка казеина и побочных продуктов производства биотоплива
  • Техника
  • Enertia - совершенный электрический мотоциклEnertia - совершенный электрический мотоцикл
    Он не игрушка на батарейках, однако его использование окажется немногим сложнее и накладнее эксплуатации кофемолки. При этом "кофемолка" не будет отставать от большинства автомобилей на светофорных гонках
  • Разработан первый дальнобойный электрошокРазработан первый дальнобойный электрошок
    "Добро пожаловать в мир беспроводных технологий!" — гласит рекламный лозунг, сопровождающий презентацию новинки из класса несмертельного оружия. Однако "подопечным" новой системы ни мира
  • Самоходные пассажирские вагоныСамоходные пассажирские вагоны
    Гибридный привод на транспорте продолжает наступление. Даже на железной дороге он завоёвывает, пока ещё, узкие ниши. Но, как показывают последние события, перспективы у поездов-гибридов — замечательные
  • Поликлиника на поясеПоликлиника на поясе
    В Университете Ноттингема создан прибор, который может спасти жизнь миллионам эмбрионов по всему миру. Благодаря ему беременная женщина узнает о патологии плода задолго до того, как у неё заболит живот
  • Космос
  • Мечты о Луне реанимируют ядерные двигателиМечты о Луне реанимируют ядерные двигатели
    После ряда экспериментов 1950-1960-х годов и периода забвения этой технологии американские инженеры поговаривают о возможности применения ядерных движков в лунной программе. Мол, если сдуть пыль со старых чертежей
  • Физик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей ВселеннойФизик-теоретик смог заглянуть за момент образования нашей Вселенной
    Физик-теоретик из Института гравитационной физики и геометрии университета Пенсильвании (США) Мартин Боджовальд смог заглянуть за точку большого взрыва, то есть за момент образования нашей Вселенной
  • Нейтронные звёзды присвоили право на джетыНейтронные звёзды присвоили право на джеты
    Учёные обнаружили, необычные космические объекты, которые источают джеты. Раньше-то думали, что право распоряжаться ими принадлежит чёрным дырам. А теперь выяснилось
  • Безжизненный МарсБезжизненный Марс
    Есть ли жизнь на Марсе, была ли она на нем когда-нибудь? Исследования планеты поставляют довольно противоречивые данные. Так, согласно последним выводам, Марс никогда не имел достаточно плотной
001