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...
Куда держат путь умные толпы
Мобильная коммуникация изменит не только ритм жизни, но и...
Разбрасывая попугаев
И одно попугайское крылышко, - кричал герой одного...
  • 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
Проблема контакта с наномиром
Проблема контакта с наномиром Проблема контакта с наномиром
Прежде чем внедрить нанотрубки в микросхему, необходимо создать и стандартизировать систему
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
Разработан первый дальнобойный электрошок
Разработан первый дальнобойный электрошок Разработан первый дальнобойный электрошок
"Добро пожаловать в мир беспроводных технологий!" — гласит рекламный лозунг
Поликлиника на поясе
Поликлиника на поясе Поликлиника на поясе
В Университете Ноттингема создан прибор, который может спасти жизнь миллионам эмбрионов по всему миру
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
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
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
Безжизненный Марс
Безжизненный Марс Безжизненный Марс
Есть ли жизнь на Марсе, была ли она на нем когда-нибудь? Исследования планеты поставляют довольно противоречивые данные
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
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
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
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
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
Гнев Посейдона
Гнев Посейдона Гнев Посейдона
Иногда появление гигантских волн на поверхности океана вполне понятно и ожидаемо, но иногда они — настоящая загадка
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

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

    

    

    

    

 
  • Человек
  • Планета Земля
  • История изобретений
  • Чёрный ящик
  • Воля случая
  • Технологии
  • Техника
  • Космос
001