Ученые создали принципиально новый тип электроники — эластичный и растягивающийся. Взяв за основу технологию производства классических компьютерных чипов (КМОП), они заменили жесткий кремний на гибкую резину. Это позволило "вырастить" на резиновой подложке полнофункциональные транзисторы и сенсоры, которые продолжают работать даже при 30%-ном растяжении. Данное открытие — огромный шаг к созданию "электронной кожи" для роботов, протезов и носимых медицинских устройств.
В чем прорыв?
Обычная электроника (например, процессор в вашем телефоне) делается на жесткой и хрупкой кремниевой пластине. Ее нельзя согнуть или растянуть. Задача ученых состояла в том, чтобы создать электронику, которая ведет себя как резина — тянется, сжимается и не ломается при деформации.
Их ключевое достижение — они не просто приклеили жесткие чипы к гибкой основе, а интегрировали полупроводниковые материалы прямо в саму эластичную подложку. Это как бы "вплели" электронику в структуру резины.
Как они этого добились?
Процесс можно разбить на несколько шагов:
- Материал основы: Вместо кремниевой пластины используется полиимидная пленка — тонкий, гибкий, но пока еще не растяжимый полимер. На эту пленку наносятся все необходимые слои для создания транзисторов.
- Создание транзисторов: Используется стандартная КМОП-технология (Комплементарная структура металл-оксид-полупроводник). Это означает, что создаются и n-канальные, и p-канальные полевые транзисторы, что является основой для современной энергоэффективной микроэлектроники.
- "Освобождение" и перенос: Готовую микросхему особым химическим способом "отклеивают" от полиимидной пленки. Теперь у нас есть ультратонкая (толщиной в несколько сотен нанометров) сетка из транзисторов.
- Интеграция в резину: Эту эластичную сетку из транзисторов переносят на предварительно растянутую силиконовую резиновую подложку. Когда резину отпускают, она сжимается, и транзисторная сетка сминается в аккуратные волны и складки.
- Результат: При последующем растяжении резины эти заранее созданные складки просто расправляются, не создавая разрушающей механической нагрузки на сами транзисторы. Электроника растягивается вместе с основой.
Что именно они создали?
Ученые продемонстрировали не просто отдельные транзисторы, а функциональные схемы и сенсоры:
- Логические вентили (И-НЕ): Это фундаментальные "кирпичики" цифровой логики, из которых строятся процессоры. Они работали стабильно даже при 30% растяжении.
- Тактильные сенсоры: Они встроили в свою резиновую CMOS-схему пьезорезистивные сенсоры. Принцип их работы в том, что их электрическое сопротивление меняется при механическом давлении. Это позволяет "коже" чувствовать прикосновения.
Перспективы
Эта технология открывает путь для:
- Робототехника: Роботы с такой "кожей" смогут безопасно взаимодействовать с людьми и хрупкими предметами, чувствуя давление и текстуру.
- Протезирование: Протезы руки смогут обрести настоящее осязание, передавая владельцу информацию о том, что он держит.
- Носимая медицина: Пластыри-мониторы, которые не просто наклеены на кожу, а растягиваются и двигаются вместе с ней, непрерывно отслеживая пульс, давление, гидратацию и другие биометрические данные.
Итог: Ученые успешно объединили высокую производительность традиционной микроэлектроники с механической эластичностью резины. Это решает главную проблему растяжимой электроники и приближает нас к будущему, где электроника станет мягкой, гибкой и неотличимой от обычных материалов.
Ссылка на первоисточник: https://www.allaboutcircuits.com/news/rubber-cmos-brings-stretchable-sensory-skin-closer-to-reality/
Вам также могут понравиться: