Tahojen Department of Mechanical Engineering ja Macromolecules Innovation Institute tutkijoista koostuva Virginia Tech -tiimi on luonut uuden tyyppistä pehmeää elektroniikkaa.

Samalla he ovat luoneet tietä laitteille, jotka parantavat itsensä, palautuvat ja joita voidaan kierrättää. Nämä ihoa muistuttavat virtapiirit ovat pehmeitä ja taipuvia, pystyvät kestämään paljon vahinkoa kuormituksen alaisina hävittämättä johtavuuttaan ja ovat kierrätettävissä uusiksi virtapiireiksi tuotteen käyttöiän lopussa.

Apulaisprofessori Michael Bartlettin johtava tiimi julkaisi hiljattain löytönsä Nature Researchin avoimessa Communications Materials -julkaisussa.

Tällä hetkellä myytävät laitteet, kuten puhelimet ja läppärit, sisältävät jämäkästä materiaalista valmistettuja osia, joissa on sisällä juotettuja johtoja. Pehmeät virtapiirit, jotka Bartlettin tiimi on kehittänyt, korvaavat nämä jäykät materiaalit pehmeällä elektroniikalla ja pienillä sähköä johtavilla nestemäistä metallia olevilla tipoilla. Nämä pehmeät elektroniikat ovat osa nopeasti kasvavaa teknologia-alaa, joka luo osille parempaa kestävyyttä, joka olisi ollut mahdotonta vielä muutama vuosi sitten.

Nestemäiset metallipisarat ovat alkujaan erillään elastometrissä, joka on kumin polymeeri, sähköisesti eristettyinä pisaroina.

”Valmistaaksemme virtapiirit esittelimme skaalattavan lähestymistavan kohokuvioinnilla, joka antaa meidän luoda nopeasti viritettäviä virtapiirejä yhdistämällä valittuja pisaroita,” tutkijatohtori ja ensimmäinen kirjoittaja Ravi Tutika sanoi. ”Voimme sitten paikallisesti rikkoa pisarat erilleen luodaksemme uudestaan virtapiirejä ja voimme jopa kokonaan liuottaa virtapiirin rikkoaksemme kaikki yhteydet käyttääksemme materiaalin uudestaan. Tämän jälkeen aloitamme uudestaan alusta.”

Virtapiirit ovat pehmeitä ja joustavia, kuten iho. Ne jatkavat toimintaa jopa erittäin suuren vahingon alaisina. Jos näihin virtapiireihin tehdään reikä, metalliset pisarat voivat edelleen siirtää virtaa. Koko yhteyden rikkomisen sijasta, kuten perinteisissä johdoissa, pisarat luovat uusia yhteyksiä reiän ympärille jatkaakseen sähkön kuljetusta.

Virtapiirit pystyvät myös venymään ilman sähköliitäntöjen menettämistä. Tutkimuksen aikana tiimi veti laitetta 10 kertaiseksi sen alkuperäisestä pituudesta ilman ongelmia.

Tuotteen käyttöiän lopussa metalliset pisarat ja kuminen materiaali voidaan uudelleen prosessoida ja palauttaa nestemäiseen muotoon, mikä tekee niistä tehokkaasti uudelleen käytettäviä. Nestemäisestä muodosta virtapiirit voivat saada uuden elämän, mikä luo tien elektroniikan kestävään kehitykseen.

Vaikka venyvää puhelinta ei ole vielä valmistettu, alan nopea kehittyminen lupaa asusteina toimivaa elektroniikkaa ja pehmeää robotiikkaa. Nämä uudet teknologiat vaativat pehmeitä kestäviä virtapiirejä, että luvatut tavoitteet olisivat mahdollisia.

”Olemme innoissamme edistymisestämme ja näemme nämä materiaalit tärkeinä komponentteina syntymässä oleville pehmeille teknologioille,” Barlett sanoi. ”Tämä työ kulkee lähemmäs monissa tosimaailman käyttötarkoituksissa selviävien pehmeiden virtapiirien luomista.”