Нитевидные интегральные схемы для носимой биоэлектроники
Подобные решения, размещаемые на теле или фиксируемые на коже, открывают возможность регистрации множества биомаркеров и параметров внешней среды. Алгоритмы искусственного интеллекта, в свою очередь, преобразуют собранные данные в практически значимую информацию для тренировок, медицины и реабилитации после травм или заболеваний.
Главная инновация учёных — в подходе к конструированию. Исследователи выполнили каждый элемент схемы в нитевидном исполнении. Нитевидные схемы способны сделать носимые устройства незаметнее и удобнее, поскольку их встраивают в одежду либо применяют как мягкие интерфейсы, контактирующие с кожей и движущиеся вместе с телом.
Технически решение выглядит следующим образом. Через всю схему проложены тонкие золотосодержащие нити. Миниатюрные полностью гибкие транзисторы, служащие базой любого цифрового устройства, закреплены на нити. В её состав входит проводящий полимероподобный материал, который соединяет золотую нить, подходящую к транзистору и отходящую от него. Ток в транзисторе включается и отключается по тому же принципу, что и поток воды в кране, — под действием второго тока, управляющего затвором.
Принципиальное новшество, благодаря которому нитевидные устройства стали возможны, — эвтектогель. Этот материал формирует зазор менее миллиметра между концами электронной нити, где и происходит управление электронным потоком. Ряд исследователей применял для соединения проводников гидрогели, однако те подвержены высыханию. Эвтектогель лишён этого недостатка: он сохраняет стабильность, остаётся мягким и пригоден для контакта с телом и внутри него.
Дополнительным свойством эвтектогеля является его способность восстанавливаться. При нарушении целостности геля достаточно совместить его фрагменты и обеспечить небольшой нагрев, чтобы вернуть механические и электрические характеристики. Сама нить после разреза восстановлению не подлежит, однако составляющие геля соединить можно.
Существенное отличие от традиционных интегральных схем состоит в отказе от фотолитографии и высокотемпературных операций. Производство не нуждается в «чистой комнате», что расширяет совместимость с мягкими полимерами и текстилем, а также снижает себестоимость.
Авторы продемонстрировали схемы, усиливающие слабые сигналы сенсоров. В качестве опытных образцов изготовлены два прибора: один размещается на виске и фиксирует моргание, второй — в области диафрагмы и отслеживает изменения ритма и частоты дыхания. Эти демонстрации указывают на перспективу создания мягких носимых систем для контроля здоровья, уровня стресса и других состояний.
Инновационные технологии требуют от производителей печатных плат новых подходов. Предприятиям, осуществляющим сборку электронных блоков необходимо следить за тенденциями на мировом рынке и быть готовыми своевременно внедрять новые технологии для удовлетворения спроса на новые для рынка услуги.
По материалам: https://russianelectronics.ru/