ROLLA, Missouri. — Componentes electrónicos que pueden alargarse, torcerse o estirarse.—conocida como electrónica "estirable"—pronto podría alimentar todo, desde dispositivos médicos portátiles hasta dispositivos-sistemas de vehículos. Y los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri son pioneros en un enfoque de fabricación que finalmente podría llevar esta tecnología a la corriente principal..

Escrito en la edición de enero de 2017 de la revista. Micromáquinas, el Misuri S&El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Heng Pan, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial, evaluó el estado actual de la electrónica estirable y propuso una solución a uno de los desafíos más persistentes del campo: el desajuste fundamental entre superficies flexibles y conductores electrónicos rígidos..

el rígido-Desafío flexible

En el corazón de la electrónica extensible está el sustrato.—típicamente un elastómero, un polímero con alta elasticidad que puede doblarse, estirarse, pandearse y torcerse repetidamente con poco impacto en su rendimiento.. Sin embargo, los conductores electrónicos que deben construirse o incrustarse en esta superficie flexible suelen ser frágiles y rígidos..

"Se han propuesto diseños únicos y mecánicas de estiramiento para armonizar los desajustes e integrar materiales con propiedades muy diferentes como un sistema único", escribió el equipo de investigación.

Impresión directa en aerosol: unnuevo enfoque

Para superar esta rigidez-barrera flexible, Pan y sus colegas recurrieron a la fabricación aditiva—un proceso que construye tres-Objetos dimensionales capa por capa, similar a la impresión 3D pero utilizando metales, cerámica u otros materiales funcionales..

En Misuri S&T, están probando un enfoque específico que Pan llama "impresión directa en aerosol". El proceso consiste en rociar un material conductor e integrarlo con un sustrato estirable..

"Con el desarrollo de la fabricación aditiva, las técnicas de escritura directa se están mostrando como una alternativa a los métodos tradicionales de creación de patrones sustractivos", explicaron los investigadores.. Los enfoques sustractivos tradicionales incluyen la fotolitografía, que se utiliza comúnmente para fabricar semiconductores..

Pan y su equipo creen que la fabricación aditiva ofrece un camino más económico para crear estosnuevos dispositivos.. "La impresión directa, como método de fabricación aditiva, satisfaría tales requisitos y ofrecería bajo costo y alta velocidad tanto en la creación de prototipos como en la fabricación", escribieron. "Podría ser una solución para el costo-Fabricación efectiva y escalable de electrónica extensible..

Un prototipo que se mantiene

El equipo ya ha creado un prototipo funcional de un dispositivo electrónico estirable que puede adherirse a la cara.. "El mayor beneficio de estos dispositivos electrónicos es que pueden ser completamente portátiles y pueden adaptarse completamente a cualquier tipo de movimiento", dijo Pan. R&Revista D. "Se pueden montar en la cara, por ejemplo, y pueden detectar cualquier pequeño movimiento de la cara".

Las aplicaciones potenciales van mucho más allá de los sensores faciales. Estos conductores estirables podrían algún día reemplazar las placas de circuitos rígidas y frágiles que alimentan los dispositivos electrónicos actuales.. Podrían usarse como sensores portátiles que se adhieren a la piel para monitorear la frecuencia cardíaca o la actividad cerebral, como sensores incrustados en la ropa o incluso como paneles solares delgados que podrían pegarse sobre superficies curvas..

"Vemos muchos beneficios. Creemos que este puede ser el futuro del desarrollo electrónico", dijo Pan..

Desafíos futuros

A pesar de la promesa, aún quedan importantes obstáculos antes de que la electrónica extensible se adopte ampliamente.. Todos los materialesnecesarios para cada dispositivo deben ser imprimibles, requiriendo el desarrollo de tintas y materiales imprimibles con todas las propiedadesnecesarias para cada función electrónica..

"También existen desafíos de integración, como la variación de los requisitos de temperatura entre los diferentes materiales", señaló Pan.. Uno de los principales objetivos actuales del equipo es desarrollar una estrategia eficaz y duradera.-batería duradera y extensible. "El dispositivo energético es un componente muy importante para que esto sea realista", afirmó Pan. "Estamos trabajando intensamente en la batería".

Los investigadores también enfatizan lanecesidad de garantizar que los componentes electrónicos estirables y las superficies maleables sobre las que están construidos funcionen y envejezcan bien juntos..

Un futuro flexible

A pesar de estos desafíos, Pan sigue siendo optimista. "La fabricación aditiva tiene la ventaja de que puede cambiar fácilmente de un material a otro e integrar todos los diferentes materiales en una sola impresión", dijo.. "Creemos que la técnica aditiva tiene una ventaja muy importante en la creación de electrónica".

Una vez perfeccionada, seránecesario ampliar la tecnología para su producción comercial.—un proceso que la impresión 3D agiliza inherentemente. En última instancia, el equipo imagina dispositivos queno sólo sean bajos-costo de creación pero también biodegradable.

"Hay mucho potencial en esto relacionado con el ser humano.-interacción con la computadora", dijo Pan.

La investigación fue publicada en Micromáquinas (2017, 8(1), 7) bajo el título "Materiales, mecánica y técnicas de modelado para elastómeros-Conductores estirables basados".