Sushi inspiracją dla układu światłowodowego

fot. pixabay

Naukowcy pod kierownictwem zespołu z Uniwersytetu Fudan w Szanghaju stworzyli elastyczny chip światłowodowy o grubości ludzkiego włosa. To odkrycie może zapoczątkować rozwój inteligentnych urządzeń ubieralnych nowej generacji przeznaczonych do różnych zastosowań, w tym do monitorowania stanu zdrowia i tworzenia odzieży interaktywnej.

Bez względu na to, jak zaawansowana jest obecna generacja elektronicznej odzieży ubieralnej, nadal posiada ona ograniczone funkcje i nie jest w stanie samodzielnie wykonywać złożonych zadań. Dzieje się tak, ponieważ wewnątrz włókien brakuje jej obwodów dedykowanych do przetwarzania informacji, które pozwoliłyby podejmować decyzje bez podłączania do zewnętrznych chipów.

Tradycyjne układy są zazwyczaj sztywne i kruche, co utrudnia ich zginanie lub składanie, czyniąc niepraktycznymi w urządzeniach ubieralnych. Aby stworzyć nowe konstrukcje, zespół zainspirował się sposobem produkcji rolek sushi, który szczegółowo opisano w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature.

Zamiast budować elektronikę na sztywnym arkuszu, jak w przypadku tradycyjnych chipów, zespół umieścił obwody na bardzo cienkim i elastycznym podłożu. W trakcie procesu badacze dodali również ochronną warstwę polimerową, aby zwiększyć wytrzymałość układów. Następnie zwinęli arkusz w ciasną, wielowarstwową spiralę, przypominającą rolkę sushi. Pozwoliło im to na jednym centymetrze kwadratowym upakować około 100 tysięcy tranzystorów, bez ryzyka pęknięcia lub utraty połączenia obwodów. Następnie układ światłowodowy został uszczelniony, aby utrzymać elektronikę w środku.

W testach światłowód okazał się niezwykle wytrzymały. Działał doskonale nawet po przejechaniu przez ciężarówkę o masie 15,6 tony. Wytrzymał również 100 tysięcy zgięć, rozciągając się o ponad 30%, przetrwawszy przy tym 100 tysięcy cykli tarcia. Włókno okazuje się być wydajne i skalowalne.

Według zespołu, podczas gdy krótki odcinek może obsłużyć podstawowe czujniki, jego metrowe pasmo zawiera wystarczającą liczbę tranzystorów, aby dorównać mocą standardowemu układowi scalonemu. Z racji tego, iż włókna stanowią zamknięte pętle, zawierające w jednym łańcuchu układy zasilania, czujniki i procesory, mogą funkcjonować jako niezależne i inteligentne systemy bez potrzeby użycia zewnętrznych peryferii.

Możliwe zastosowania nowej technologii obejmują urządzenia noszone do monitorowania stanu zdrowia oraz interaktywną odzież, która może śledzić ruchy ciała lub wyświetlać na niej dane cyfrowe. Włókna mogą być również wykorzystywane do zdalnych operacji, a lekarze noszący zawierające je rękawice, zyskać sprzężenie zwrotne, które pozwoliłoby im odczuwać fakturę i opór tkanek i narządów, tak jakby były one fizycznie obecne.

(rr)