Ученые и инженеры создали микросхемы, которым не страшны любые механические деформации. Мечту электронщиков можно растягивать, гнуть и даже перекручивать.
Творческий союз теоретика Юнгана Хуана (Yonggang Huang) из университета Иллинойса в Урбане-Шампэйн (University of Illinois at Urbana-Champaign, Urbana, IL) и практика Джона Роджерса (John Rogers) из Северо-Западного университета в Эванстоне (Northwestern University, Evanstone, IL) существует уже несколько лет. Сотрудничество очень плодотворное: в создании деформируемых электросхем и устройств на их основе группа занимает лидирующие позиции в мире. Об этом свидетельствует и множество публикаций в самых авторитетных журналах.
Жесткие, плоские и хрупкие микросхемы и платы можно применять в самых различных областях, но все-таки не везде. Создание электрических схем, которые можно растягивать и деформировать, открывает новые возможности для электроники и приборостроения. Это гибкие сенсоры, устанавливаемые на человеческое тело, или даже «умные» эластичные хирургические перчатки со встроенной электроникой.
В 2008 году Хуан и Роджерс уже опубликовали множество статей о своей работе в данном направлении. Одна из них, в журнале Science, была посвящена новой интегральной микросхеме. Она способна растягиваться и изгибаться «волнами», так как функциональные элементы, сами тонкопленочные, нанесены на тонкую подложку из эластомера.
В другой своей статье, уже в Nature, они представили прототип камеры полусферической формы. Радиус кривизны такой выпуклой камеры может меняться, меняя фокусное расстояние. По словам ученых, камера такой конструкции будет работать как человеческий глаз и создавать более реалистичные изображения с широким обзором и меньшими искажениями.
Принцип устройства довольно оригинальный: микросхема состоит из жестких, но очень маленьких элементов. Именно за счет сравнительно малого размера (примерно полмиллиметра) при закреплении на искривляющейся поверхности они не деформируются. А между собой соединены гибкими «плавающими» мостиками. Эти проводящие мостики не закреплены на поверхности «электронного глаза», а лишь присоединены концами к двум элементам матрицы. Таким образом, выгибаясь при сближении кремниевых элементов и расправляясь при их отдалении друг от друга, мостики позволяют плате изгибаться.
Однако такие прямые мостики компенсировали только лишь приближение и отдаление элементов микросхемы. Если для полусферической камеры этого вполне достаточно, то для прочих применений, в частности в медицинских устройствах, этого явно мало. Ведь, например, сенсор, прикрепленный к коже человека, может не только изгибаться, но и скручиваться – тогда происходят сдвиговые деформации, а прибор должен оставаться в рабочем состоянии.
И американские инженеры нашли очень простое, но в то же время изящное решение этой проблемы. Они скрепили элементы схемы мостиками в форме буквы S. Попробуйте сами вырезать из бумаги полосочку и букву S, возьмите их за концы и подвигайте. Если концы прямой полоски можно только сближать или отдалять, то концы S-образной полоски можно сдвигать и в стороны.
По словам ученых, созданные по предложенному ими принципу микросхемы теперь не имеют никаких ограничений в плане механической деформации. Их можно сгибать, растягивать и скручивать всеми мыслимыми и немыслимыми способами.
Подробно свои новые микросхемы Хуан и Роджерс описали в статье, которая в ближайшее время выйдет в Proceedings of the National Academy of Sciences.
