La electrónica estirable , también conocida como electrónica elástica o circuitos elásticos, es un grupo de tecnologías para construir circuitos electrónicos depositando o incrustando dispositivos y circuitos electrónicos en sustratos extensibles como siliconas o poliuretanos , para hacer un circuito completo que puede experimentar grandes esfuerzos sin fallas. . En el caso más simple, los componentes electrónicos extensibles se pueden fabricar utilizando los mismos componentes utilizados para las placas de circuito impreso rígidas, con el sustrato rígido cortado (típicamente en un patrón serpenteante) para permitir la capacidad de estiramiento en el plano. [1] Sin embargo, muchos investigadores también han buscado conductores intrínsecamente extensibles, como metales líquidos . [2]
Uno de los mayores desafíos en este dominio es diseñar el sustrato y las interconexiones para que sean estirables , en lugar de flexibles (ver Electrónica flexible ) o rígidas ( Placas de circuitos impresos ). Normalmente, los polímeros se eligen como sustratos o material para incrustar. [3] Al doblar el sustrato, el radio más externo de la curvatura se estirará (ver Deformación en una viga Euler-Bernoulli , sometiendo las interconexiones a una alta tensión mecánica . La electrónica estirable a menudo intenta la biomimetización de la piel y la carne humanas , al ser estirable, mientras conservando la funcionalidad completa El espacio de diseño para los productos se abre con componentes electrónicos extensibles, incluida la piel electrónica sensible para dispositivos robóticos [4] y componentes electrónicos implantables in vivo en forma de esponja.
Aplicaciones
Energía
Varios supercondensadores y dispositivos de almacenamiento de energía extensibles se fabrican con materiales a base de carbono, como los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT). Un estudio de Li et al. mostró un supercondensador extensible (compuesto de macrofilm de SWCNT pandeados y separadores elastoméricos sobre un sustrato elástico de PDMS), que realizaba carga y descarga dinámicas. [5] El inconveniente clave de esta tecnología de almacenamiento de energía extensible es la baja capacitancia específica y densidad de energía, aunque esto puede mejorarse potencialmente mediante la incorporación de materiales redox, por ejemplo, el electrodo SWNT / MnO2. [6] Otro enfoque para crear un dispositivo de almacenamiento de energía estirable es el uso de los principios de plegado de Origami. [7] La batería de origami resultante logró una deformabilidad lineal y de área significativa, una gran capacidad de torsión y flexibilidad.
Medicamento
Los dispositivos electrónicos extensibles podrían integrarse en prendas inteligentes para interactuar sin problemas con el cuerpo humano y detectar enfermedades o recopilar datos de pacientes de manera no invasiva. Por ejemplo, investigadores de la Universidad Nacional de Seúl y MC10 (una empresa de electrónica flexible) han desarrollado un parche que puede detectar los niveles de glucosa en el sudor y puede administrar el medicamento necesario a demanda (insulina o metformina). El parche consiste en grafeno plagado de partículas de oro y contiene sensores que pueden detectar temperatura, nivel de pH, glucosa y humedad. [8] La electrónica extensible también permite a los desarrolladores crear robots blandos para implementar cirugías mínimamente invasivas en hospitales. Especialmente cuando se trata de cirugías del cerebro y cada milímetro es importante, estos robots pueden tener un campo de acción más preciso que un humano.
Ver también
Referencias
- ^ Kim, Dae-Hyeong (2008). "Circuitos integrados de silicio estirables y plegables". Ciencia . 320 (5875): 507–511. Código Bibliográfico : 2008Sci ... 320..507K . doi : 10.1126 / science.1154367 . PMID 18369106 . S2CID 5086038 .
- ^ Yang, Jun Chang (2019). "Piel electrónica: avances recientes y perspectivas de futuro para dispositivos que se unen a la piel para vigilancia de la salud, robótica y prótesis" . Materiales avanzados . 31 (48): e1904765. doi : 10.1002 / adma.201904765 . PMID 31538370 .
- ^ Cataldi, Pietro (2020). "Recubrimientos de grafeno-poliuretano para conductores deformables y blindaje contra interferencias electromagnéticas" . Materiales electrónicos avanzados . 6 (9): 2000429. arXiv : 2004.11613 . doi : 10.1002 / aelm.202000429 .
- ^ Cataldi, Pietro; Dussoni, Simeone; Ceseracciu, Luca; Maggiali, Marco; Natale, Lorenzo; Metta, Giorgio; Athanassiou, Athanassia; Bayer, Ilker S. (2018). "Nanofibra de carbono versus sensores táctiles capacitivos estirables basados en grafeno para piel electrónica artificial" . Ciencia avanzada . 5 (2). doi : 10.1002 / advs.201700587 . PMC 5827098 . PMID 29619306 .
- ^ X Li, T Gu, B Wei; Gu; Wei (2012). "Estabilidad dinámica y galvánica de supercondensadores extensibles". Nano Letras . 12 (12): 6366–6371. Código bibliográfico : 2012NanoL..12.6366L . doi : 10.1021 / nl303631e . PMID 23167804 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Li, Xin (2012). "Síntesis fácil y comportamiento super capacitivo de películas híbridas SWNT / MnO2". Nano Energía . 1 (3): 479–487. doi : 10.1016 / j.nanoen.2012.02.011 .
- ^ Song, Zeming; Ma, Teng; Tang, Rui; Cheng, Qian; Wang, Xu; Krishnaraju, Deepakshyam; Panat, Rahul; Chan, Candace K .; Yu, Hongyu; Jiang, Hanqing (2014). "Baterías de iones de litio de origami" . Comunicaciones de la naturaleza . 5 : 3140. Código Bibliográfico : 2014NatCo ... 5.3140S . doi : 10.1038 / ncomms4140 . PMID 24469233 .
- ^ Talbot, David. "Un prototipo de parche cutáneo podría algún día acabar con la dependencia de los pinchazos constantes en los dedos de las personas con diabetes" . Revisión de tecnología del MIT . Consultado el 8 de noviembre de 2017 .
enlaces externos
- Centro de Tecnologías de Microsistemas, Universidad de Gante / IMEC, Bélgica
- [1]
- Stretchable Circuits está desarrollando sistemas electrónicos extensibles