• Yulia Mi

Гибкий электронный пластырь

Инженеры из Калифорнийского Университета в Сан-Диего создали гибкий электронный пластырь, который может использоваться для беспроводного отслеживания различных физических и электрических сигналов, таких как дыхание, движение тела, температура, поворот глаз, сердцебиение и мозговая активность. Устройство, размеры и толщина которого не больше, чем у американской однодолларовой монеты, также может использоваться для беспроводного контроля роботизированной руки.


Гибкий пластырь на коже человека

«Наша стратегическая концепция – это сделать 3D гибкую электронику такой же мультифункциональной и высокопроизводительной, какой сейчас является обычная «жесткая» электроника», - говорит Шенг Ксу (Sheng Хu) профессор факультета Наноинжинерии и центра портативных сенсоров в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Чтобы перевести гибкую электронику на следующий уровень, профессор Ксу и его коллеги пошли от меньшего к большему, а не наоборот. «Традиционная «жесткая» электроника предлагает огромную функциональность при небольшой занимаемой площади – устройства могут содержать 50 слоев, соединенных между собой, с большим количеством чипов и компонентов, плотно упакованных внутри. Наша цель – достичь этого с гибкой электроникой», - говорит Ксу.


Новое устройство, созданное инженерами, состоит из четырех взаимосвязанных слоев эластичных, гибких ИС. Каждый слой основан на кремниевой эластомерной подложке, с топологией, образованной по так называемому дизайну «остров-мост». Каждый «остров» - это маленькая, «жесткая» электронная часть (сенсор, антенна, чип Bluetooth, акселерометр, резистор, емкость, усилитель, индуктивность и др.), которая смонтирована на эластомер. «Острова» соединены между собой эластичными «мостами», сделанными из тонкой медной проволоки в форме пружины, что позволяет ИС растягиваться, сгибаться и скручиваться без ухудшения функциональности.


Структура гибкого пластыря

«Основная проблема – не в установке слоев в стек, а в создании электрических связей между ними для их взаимодействия», - говорит профессор Ксу.

Электрические связи, называемые VIAs, - это чрезвычайно маленькие проводящие отверстия, проходящие через различные слои ИС. Традиционно они изготавливаются с помощью процессов литографии и травления. И хотя такие методы отлично работают для традиционной «жесткой» электроники, они не работают для гибких эластомеров.


Профессор и его коллеги решили исследовать возможности лазеров для получения отверстий в слоях ИС. Для начала ученые смешали кремниевый эластомер с черным красителем, чтобы он мог поглощать энергию лазерного пучка, затем сформировали топологию каждого слоя, собрали слои в стек и воздействовали лазером на определенные точки для создания вертикальных сквозных отверстий (VIAs). Затем исследователи заполнили отверстия проводящими материалами для создания электрического соединения между слоями. Преимущество использования лазеров в том, что они широко применяются в промышленности, поэтому нет никаких препятствий к внедрению этой технологии.


Исследователи создали экспериментальный образец трехмерного гибкого электронного устройства, которое они назвали «умный пластырь». Пользователи могут наклеивать его на различные части тела для беспроводного отслеживания различных электрических сигналов. Например, надев умный пластырь на грудь или живот, можно регистрировать сердцебиение, получая электрокардиограмму. Расположив пластырь на лбу, можно использовать его для записи сигналов мозговой активности, то есть как мини электроэнцефалографический сенсор. На предплечье умный пластырь позволит измерять мускульную активность и может быть использован для удаленного управления роботизированной рукой. Также устройство позволяет отслеживать дыхание, поворот глаз, температуру тела и перемещение.


«Мы не ищем какого-то узкоспециализированного потребителя, которому понадобятся все эти функции, наша цель – интегрировать различные сенсорные возможности в одном маленьком устройстве», - говорит соавтор исследовательских работ Женлонг Хуанг (Zhenlong Huang).

Разработчики не стали жертвовать качеством ради количества. «Мы собрали самые лучшие высококачественные, надежные субкомпоненты и разработали метод интегрирования этих компонентов в одно гибкое устройство», - добавляет Янг Ли (Yang Li), студент магистратуры Университета в Сан-Диего, соавтор исследовательских работ команды профессора Ксу.

На текущий момент умный пластырь работает более 6-ти месяцев без малейших ухудшений параметров производительности, гибкости или растяжимости. Он также может передавать данные на смартфон или ноутбук в радиусе 10 метров посредством беспроводной связи.

Команда ученых ищет производственных партнеров для оптимизации и отработки своей технологии. Возможно, такие пластыри появятся в медицинской практике в недалеком будущем.


#умныйпластырь #3Dпластырь #гибкаяэлектроника #новостимедицинскихтехнологий

Подписаться на новости SCDAILY