Исследователи из Университета Кюсю в Японии разработали тонкоплёночную электронную систему, способную самостоятельно соединяться, разъединяться и изменять свою конфигурацию без участия человека. По словам авторов, новая технология открывает путь к созданию принципиально нового класса «кинетической электроники», которая сможет адаптироваться к различным условиям эксплуатации подобно живым организмам.
Сегодня большинство электронных устройств представляет собой жёсткие конструкции с фиксированной архитектурой. Команда японских учёных уже несколько лет занимается разработкой так называемой кинетической электроники — тонкоплёночных модулей, которые объединяют электронные схемы и миниатюрные приводы, позволяющие устройствам двигаться, соединяться друг с другом и работать как единая система.
«В этом исследовании мы разработали электромеханический механизм стыковки между тонкоплёночными модулями, который позволяет им автоматически соединяться и разъединяться при необходимости», — рассказал доцент факультета информационных наук и электротехники Университета Кюсю Фумихиро Сасса.
Гибкая электроника создаётся на основе эластичных материалов, позволяющих схемам изгибаться и растягиваться без повреждений. Такие технологии рассматриваются как основа для носимых медицинских датчиков, гибких имплантатов и мягких роботов, способных безопасно взаимодействовать с человеком и работать в труднодоступных местах.
Главной особенностью новой разработки стало объединение электронной схемы и специального исполнительного слоя в единую тонкую плёнку. Этот слой состоит из двух полимеров — полипропилена и полиимида, которые по-разному расширяются при нагревании.
Когда встроенный золотой микронагреватель повышает температуру плёнки, оба материала начинают расширяться с разной скоростью. В результате вся конструкция изгибается в заранее заданном направлении, позволяя модулю выполнять необходимые механические действия.
Используя этот принцип, исследователи разработали несколько вариантов механизма автоматической стыковки. Один из них соединяет модули при помощи петлеобразного зацепления. Другой использует своеобразный захват в форме когтя, который после соединения остаётся заблокированным даже после полного отключения питания.
По словам разработчиков, были созданы две различные конфигурации кинетической электроники: механизм сборки с использованием плоского зонда и модульная система разделения и повторной сборки.
Испытания показали, что технология обеспечивает одновременно механическое соединение отдельных модулей и надёжный электрический контакт между ними.
Система работает при напряжении от 5 до 12 вольт. Во время стыковки механизм способен изгибаться примерно на 10 миллиметров, потребляя около 1,1 ватта мощности. Модуль разделения оказался ещё более экономичным: его среднее энергопотребление составляет всего 0,43 ватта, при этом он удерживает соединение с усилием около 6,1 миллиньютона.
Одной из наиболее важных особенностей разработки стало то, что после соединения механический замок и электрический контакт сохраняются даже при полном отключении питания. Это подтверждает возможность создания самособирающихся и перенастраиваемых электронных систем, которым не требуется постоянное энергоснабжение для поддержания соединения.
Авторы считают, что технология может найти применение в самых разных областях. В перспективе медицинские датчики смогут самостоятельно перестраиваться для контроля различных физиологических показателей пациента, мягкие роботы — изменять свою форму для прохождения через узкие пространства, а повреждённые электронные схемы — автоматически восстанавливать разорванные соединения.
Хотя технология пока находится на ранней стадии развития, исследователи рассчитывают создать устройства, способные, подобно живым организмам, самостоятельно собираться, адаптироваться к окружающей среде и восстанавливать свою работоспособность после повреждений.
Исследование в журнале npj Flexible Electronics.
Исследователи из Университета Кюсю в Японии разработали тонкоплёночную электронную систему, способную самостоятельно соединяться, разъединяться и изменять свою конфигурацию без участия человека. По словам авторов, новая технология открывает путь к созданию принципиально нового класса «кинетической электроники», которая сможет адаптироваться к различным условиям эксплуатации подобно живым организмам.
Сегодня большинство электронных устройств представляет собой жёсткие конструкции с фиксированной архитектурой. Команда японских учёных уже несколько лет занимается разработкой так называемой кинетической электроники — тонкоплёночных модулей, которые объединяют электронные схемы и миниатюрные приводы, позволяющие устройствам двигаться, соединяться друг с другом и работать как единая система.
«В этом исследовании мы разработали электромеханический механизм стыковки между тонкоплёночными модулями, который позволяет им автоматически соединяться и разъединяться при необходимости», — рассказал доцент факультета информационных наук и электротехники Университета Кюсю Фумихиро Сасса.
Гибкая электроника создаётся на основе эластичных материалов, позволяющих схемам изгибаться и растягиваться без повреждений. Такие технологии рассматриваются как основа для носимых медицинских датчиков, гибких имплантатов и мягких роботов, способных безопасно взаимодействовать с человеком и работать в труднодоступных местах.
Главной особенностью новой разработки стало объединение электронной схемы и специального исполнительного слоя в единую тонкую плёнку. Этот слой состоит из двух полимеров — полипропилена и полиимида, которые по-разному расширяются при нагревании.
Когда встроенный золотой микронагреватель повышает температуру плёнки, оба материала начинают расширяться с разной скоростью. В результате вся конструкция изгибается в заранее заданном направлении, позволяя модулю выполнять необходимые механические действия.
Используя этот принцип, исследователи разработали несколько вариантов механизма автоматической стыковки. Один из них соединяет модули при помощи петлеобразного зацепления. Другой использует своеобразный захват в форме когтя, который после соединения остаётся заблокированным даже после полного отключения питания.
По словам разработчиков, были созданы две различные конфигурации кинетической электроники: механизм сборки с использованием плоского зонда и модульная система разделения и повторной сборки.
Испытания показали, что технология обеспечивает одновременно механическое соединение отдельных модулей и надёжный электрический контакт между ними.
Система работает при напряжении от 5 до 12 вольт. Во время стыковки механизм способен изгибаться примерно на 10 миллиметров, потребляя около 1,1 ватта мощности. Модуль разделения оказался ещё более экономичным: его среднее энергопотребление составляет всего 0,43 ватта, при этом он удерживает соединение с усилием около 6,1 миллиньютона.
Одной из наиболее важных особенностей разработки стало то, что после соединения механический замок и электрический контакт сохраняются даже при полном отключении питания. Это подтверждает возможность создания самособирающихся и перенастраиваемых электронных систем, которым не требуется постоянное энергоснабжение для поддержания соединения.
Авторы считают, что технология может найти применение в самых разных областях. В перспективе медицинские датчики смогут самостоятельно перестраиваться для контроля различных физиологических показателей пациента, мягкие роботы — изменять свою форму для прохождения через узкие пространства, а повреждённые электронные схемы — автоматически восстанавливать разорванные соединения.
Хотя технология пока находится на ранней стадии развития, исследователи рассчитывают создать устройства, способные, подобно живым организмам, самостоятельно собираться, адаптироваться к окружающей среде и восстанавливать свою работоспособность после повреждений.
Исследование в журнале npj Flexible Electronics.
