ROLLA, Mo. — Componentes eletrônicos que podem ser alongados, torcidos ou esticados—conhecida como eletrônica "extensível"—em breve poderá alimentar tudo, desde dispositivos médicos até-sistemas de veículos. E pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia do Missouri são pioneiros em uma abordagem de fabricação que pode finalmente trazer essa tecnologia para o mainstream..

Escrevendona edição de janeiro de 2017 da revista Micromáquinas, o Missouri S&A equipe de pesquisa T, liderada pelo Dr. Heng Pan, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial, avaliou o estado atual da eletrônica extensível e propôs uma solução para um dos desafios mais persistentes do campo: a incompatibilidade fundamental entre superfícies flexíveis e condutores eletrônicos rígidos.

O Rígido-Desafio Flexível

No coração da eletrônica extensível está o substrato—normalmente um elastômero, um polímero com alta elasticidade que pode ser dobrado, esticado, dobrado e torcido repetidamente com pouco impacto em seu desempenho. No entanto, os condutores eletrônicos que devem ser construídos ou incorporadosnesta superfície flexível são muitas vezes frágeis e rígidos..

“Projetos únicos e mecânica de alongamento foram propostos para harmonizar as incompatibilidades e integrar materiais com propriedades amplamente diferentes como um sistema único”, escreveu a equipe de pesquisa.

Impressão direta em aerossol: umanova abordagem

Para superar essa rigidez-barreira flexível, Pan e seus colegas recorreram à fabricação aditiva—um processo que constrói três-objetos dimensionais camada por camada, semelhante à impressão 3D, mas usando metais, cerâmica ou outros materiais funcionais.

Em Missouri S&T, eles estão testando uma abordagem específica que Pan chama de “impressão direta em aerossol”. O processo envolve pulverizar um material condutor e integrá-lo a um substrato extensível.

“Com o desenvolvimento da manufatura aditiva, as técnicas de escrita direta estão surgindo como uma alternativa aos métodos tradicionais de padronização subtrativa”, explicaram os pesquisadores.. As abordagens subtrativas tradicionais incluem a fotolitografia, que é comumente usada para fabricar semicondutores..

Pan e sua equipe acreditam que a manufatura aditiva oferece um caminho mais econômico para a criação dessesnovos dispositivos. “A impressão direta, como método de fabricação aditiva, satisfaria esses requisitos e ofereceria baixo custo e alta velocidade tantona prototipagem quantona fabricação”, escreveram. "Pode ser uma solução para custos-fabricação eficaz e escalonável de eletrônicos extensíveis".

Um protótipo que gruda

A equipe já criou um protótipo funcional de um dispositivo eletrônico extensível que pode aderir ao rosto. “O maior benefício desses eletrônicos é que eles podem ser completamente vestíveis e podem se adaptar completamente a qualquer tipo de movimento”, disse Pan. R&Revista D. “Eles podem ser montadosno rosto, por exemplo, e podem detectar qualquer pequeno movimento do seu rosto”.

As aplicações potenciais vão muito além dos sensores faciais. Esses condutores extensíveis poderão um dia substituir as placas de circuito rígidas e frágeis que alimentam os dispositivos eletrônicos atuais.. Eles poderiam ser usados como sensores vestíveis que aderem à pele para monitorar a frequência cardíaca ou a atividade cerebral, como sensores embutidos em roupas ou até mesmo como painéis solares finos que poderiam ser colados em superfícies curvas..

"Vemos muitos benefícios. Achamos que este pode ser o futuro do desenvolvimento eletrônico", disse Pan.

Desafios futuros

Apesar da promessa, ainda existem obstáculos significativos antes que os eletrônicos extensíveis sejam amplamente adotados. Todos os materiaisnecessários para cada dispositivo devem ser imprimíveis, sendonecessário o desenvolvimento de tintas e materiais imprimíveis com todas as propriedadesnecessárias para cada função eletrônica.

“Existem também desafios de integração, como a variação dos requisitos de temperatura entre diferentes materiais”, observou Pan.. Um dos maiores focos atuais da equipe é desenvolver uma estratégia eficaz e duradoura-bateria extensível duradoura. “O dispositivo energético é um componente muito crítico para que isto seja realista”, disse Pan. “Estamos trabalhando intensamentena bateria”.

Os pesquisadores também enfatizam anecessidade de garantir que os componentes eletrônicos extensíveis e as superfícies maleáveis sobre as quais são construídos funcionem e envelheçam bem juntos..

Um futuro flexível

Apesar destes desafios, o Pan continua otimista. “A manufatura aditiva tem a vantagem de poder mudar facilmente de um material para outro e integrar todos os diferentes materiais em uma única impressão”, disse ele.. “Acreditamos que a técnica aditiva tem uma vantagem muito fortena criação de eletrônicos”.

Uma vez aperfeiçoada, a tecnologia precisará ser ampliada para produção comercial—um processo que a impressão 3D simplifica inerentemente. Em última análise, a equipe prevê dispositivos quenão sejam apenas de baixo-custo para criar, mas também biodegradável.

“Há muito potencial para isso relacionado ao ser humano.-interação com o computador", disse Pan.

A pesquisa foi publicada em Micromáquinas (2017, 8(1), 7) sob o título "Materiais, Mecânica e Técnicas de Padronização para Elastômeros-Condutores Esticáveis Baseados".