Apilando y conectando capas de circuitos estirables uno encima del otro, los ingenieros han desarrollado un enfoque para construir una "electrónica elástica 3D" flexible y flexible que puede incluir muchas funciones mientras se mantiene delgado y de tamaño pequeño. El trabajo se publicaen la edición del 13 de agosto de Electrónica de la naturaleza .
Como prueba de concepto, un equipo liderado por la Universidad de California en San Diego ha construido un parche electrónico elástico que se puede usar en la piel como un vendaje y se usa para monitorear de forma inalámbrica una variedad de señales físicas y eléctricas, desde la respiración,al movimiento del cuerpo, a la temperatura, al movimiento de los ojos, a la actividad del corazón y del cerebro. El dispositivo, que es tan pequeño y grueso como una moneda de un dólar estadounidense, también se puede usar para controlar de forma inalámbrica un brazo robótico.
"Nuestra visión es hacer dispositivos electrónicos estirables en 3D que sean tan multifuncionales y de alto rendimiento como la electrónica rígida actual", dijo el autor principal Sheng Xu, profesor en el Departamento de Nanoingeniería y el Centro de Sensores Portátiles, ambos en la UC SanEscuela de Ingeniería Diego Jacobs.
Xu fue nombrado entre la lista de 35 innovadores menores de 35 años de MIT Technology Review en 2018 por su trabajo en esta área.
Para llevar la electrónica elástica al siguiente nivel, Xu y sus colegas están construyendo hacia arriba en lugar de hacia afuera. "La electrónica rígida puede ofrecer una gran cantidad de funcionalidad en un espacio reducido: se pueden fabricar fácilmente con hasta 50 capas de circuitostodos están intrincadamente conectados, con una gran cantidad de chips y componentes empaquetados densamente dentro. Nuestro objetivo es lograr eso con dispositivos electrónicos elásticos ", dijo Xu.
El nuevo dispositivo desarrollado en este estudio consta de cuatro capas de placas de circuito flexibles y elásticas interconectadas. Cada capa está construida sobre un sustrato de elastómero de silicona con un diseño llamado "puente de isla". Cada "isla" es una pequeña,Parte electrónica rígida sensor, antena, chip Bluetooth, amplificador, acelerómetro, resistencia, condensador, inductor, etc. que está unida al elastómero. Las islas están conectadas por "puentes" elásticos hechos de alambres de cobre delgados en forma de resorte, lo que permitelos circuitos para estirar, doblar y torcer sin comprometer la función electrónica.
Haciendo conexiones
Este trabajo supera un obstáculo tecnológico para construir dispositivos electrónicos elásticos en 3D. "El problema no es apilar las capas. Es crear conexiones eléctricas entre ellas para que puedan comunicarse entre sí", dijo Xu. Estas conexiones eléctricas, conocidas como verticalesLos accesos de interconexión o VIA son esencialmente pequeños orificios conductores que atraviesan diferentes capas en un circuito. Los VIA se fabrican tradicionalmente mediante litografía y grabado. Si bien estos métodos funcionan bien en sustratos electrónicos rígidos, no funcionan en elastómeros estirables.
Entonces Xu y sus colegas recurrieron a los láseres. Primero mezclaron elastómero de silicona con un tinte orgánico negro para que pudiera absorber la energía de un rayo láser. Luego diseñaron circuitos en cada capa de elastómero, los apilaron y luego golpearon ciertos puntoscon un rayo láser para crear los VIA. Luego, los investigadores completaron los VIA con materiales conductores para conectar eléctricamente las capas entre sí. Y un beneficio de usar láseres, señala Xu, es que son ampliamente utilizados en la industria, por lo queLa barrera para transferir esta tecnología es baja.
'vendaje inteligente' multifuncional
El equipo construyó un dispositivo electrónico estirable 3D de prueba de concepto, al que denominaron "vendaje inteligente". Un usuario puede pegarlo en diferentes partes del cuerpo para monitorear de forma inalámbrica diferentes señales eléctricas. Cuando se usa en el cofreo en el estómago, registra las señales cardíacas como un electrocardiograma ECG. En la frente, registra las señales cerebrales como un mini sensor de EEG, y cuando se coloca a un lado de la cabeza, registra los movimientos del globo ocular. Cuando se usa en el antebrazo,registra la actividad muscular y también se puede utilizar para controlar de forma remota un brazo robótico. El vendaje inteligente también controla la respiración, la temperatura de la piel y el movimiento del cuerpo.
"No teníamos un uso final específico para todas estas funciones combinadas juntas, pero el punto es que podemos integrar todas estas capacidades de detección diferentes en el mismo vendaje pequeño", dijo el coprimer autor Zhenlong Huang, quien dirigió estotrabajar como estudiante de doctorado visitante en el grupo de investigación de Xu.
Y los investigadores no sacrificaron la calidad por la cantidad ". Este dispositivo es como un" maestro de todos los oficios ". Elegimos subcomponentes robustos y de alta calidad: el mejor sensor de deformación que pudimos encontrar en el mercado, el acelerómetro más sensible,el sensor de ECG más confiable, Bluetooth de alta calidad, etc., y desarrolló una forma inteligente de integrar todo esto en un dispositivo elástico ", agregó el coautor principal Yang Li, un estudiante graduado de nanoingeniería en la Universidad de California en San Diego en el grupo de investigación de Xu.
Hasta ahora, el vendaje inteligente puede durar más de seis meses sin ninguna caída en el rendimiento, la capacidad de estiramiento o la flexibilidad. Se puede comunicar de forma inalámbrica con un teléfono inteligente o una computadora portátil a una distancia de hasta 10 metros. El dispositivo funciona con un total de aproximadamente 35,6 milivatios, que es equivalente a la potencia de 7 punteros láser.
El equipo trabajará con socios industriales para optimizar y refinar esta tecnología. Esperan probarla en entornos clínicos en el futuro.
Video: http://www.youtube.com/watch?time_continue=13&v=tUeL6kyxVwU
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Liezel Labios. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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