مكونات إلكترونية رفيعة للغاية ومرنة وشفافة

يعمل باحثون من معهد زيورخ للتكنولوجيا (ETH) على تطوير مكونات إلكترونية أرق بكثير وأكثر مرونة من ذي قبل. سيكون من الممكن لف هذه المكونات حتى حول شعرة واحدة دون الإضرار بنشاطها.

الدكتور. موشيه نحماني

يعمل باحثون من معهد زيورخ للتكنولوجيا (ETH) على تطوير مكونات إلكترونية أرق بكثير وأكثر مرونة من ذي قبل. سيكون من الممكن لف هذه المكونات حتى حول شعرة واحدة دون الإضرار بنشاطها. تفتح هذه المكونات إمكانيات جديدة تمامًا لتطوير أجهزة استشعار رفيعة ومرنة للغاية يمكن وضعها حتى على عدسة العين البشرية.

يقوم الباحث نيكو مونزينريدر بغمس ورقة من اللبخ في الماء الذي يحتوي على أجزاء من الغشاء المعدني المتلألئ. وبمساعدة الملقط، يحرك إحدى هذه القطع ويضعها فوق الورقة. وعندما يلتقط هذه الورقة تلتصق بها الطبقة الرقيقة كما لو كانت ملتصقة بها. وبذلك يوضح الباحث الخصائص الخاصة لهذا المكون الإلكتروني الذي له شكل غشاء رقيق للغاية. يوضح الفيزيائي: "تلتصق هذه الترانزستورات الجديدة والرفيعة للغاية بمجموعة واسعة من أنواع الأسطح وتقوم بذلك بشكل مثالي".

في مختبر البروفيسور جيرهارد ترستر، كان العلماء يدرسون المكونات الإلكترونية المرنة لبعض الوقت، مثل الترانزستورات وأجهزة الاستشعار. الهدف هو نسج هذه الأنواع من المكونات في الأقمشة وربطها حتى بالجلد لجعل الأشياء المختلفة "ذكية"، أو تطوير أجهزة استشعار مريحة وغير واضحة يمكنها مراقبة الوظائف المختلفة داخل جسم الإنسان وعلى جسمه. تمكن الباحثون من تحقيق تقدم كبير نحو هذا الهدف وتم نشر أعمالهم منذ فترة طويلة في مجلة Nature Communications المرموقة. وباستخدام هذا النوع الجديد من تكنولوجيا الطبقة الرقيقة، تمكن الباحثون من إنتاج مكونات إلكترونية مرنة وعملية للغاية.

وفي غضون عام، تمكن الباحثون من تطوير طريقة لإنتاج المكونات المكونة من هذه الطبقات الرقيقة. يتكون الغشاء من بوليمر الباريلين الذي يبخره الباحثون، طبقة بعد طبقة، إلى شريحة عادية يبلغ طولها 5 سم. يبلغ الحد الأقصى لسمك طبقة البيريلين 0.001 مم، لذا فهي أرق 50 مرة من شعرة الإنسان. وفي خطوات لاحقة، استخدم الباحثون طرقًا قياسية لبناء الترانزستورات وأجهزة الاستشعار من مواد شبه موصلة، مثل أكسيد الإنديوم والجاليوم والزنك، ومواد موصلة، مثل الذهب. في الخطوة الأخيرة، يطلق الباحثون طبقة البيريلين من الرقاقة مع المكونات الإلكترونية المرتبطة بها.

ويكون المكون الإلكتروني الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة مرنًا وقابلًا للتكيف بشكل خاص، واعتمادًا على المادة المستخدمة في صنع الترانزستورات، يمكن أيضًا أن يكون شفافًا. وتحقق الباحثون من نصف قطر الانحناء المحسوب نظريًا بمعدل 50 ميكرون خلال التجارب التي تم فيها وضع الغشاء الإلكتروني فوق شعرة الإنسان وتغليفه بشكل مثالي. الترانزستورات، وهي أقل مرونة من الركيزة بسبب المواد الخزفية المستخدمة في بنائها، لا تزال تعمل بشكل مثالي على الرغم من الانحناء الكبير.

ويشير الباحثون إلى أن العدسات اللاصقة يمكن أن تكون مجالًا محتملاً لتطبيق هذه المكونات الإلكترونية المرنة. وفي المراحل المتقدمة من البحث، قام العلماء بربط الترانزستورات المكونة من الطبقة الرقيقة، إلى جانب أجهزة قياس الضغط، بالعدسات اللاصقة العادية. لقد وضعوا العدسات فوق عين صناعية، وبالتالي تمكنوا من اختبار ما إذا كان الغشاء، وخاصة ما إذا كانت المكونات الإلكترونية الموجودة فيه، يمكنها تحمل نصف قطر الانحناء للعين وما إذا كانت تعمل بشكل صحيح. وأظهرت الاختبارات أنه في الواقع يمكن استخدام هذا النوع من العدسات اللاصقة "الذكية" لقياس ضغط العين - وهو عامل خطر رئيسي في تطور الجلوكوما.

وفي الوقت نفسه، لا يزال يتعين على الباحثين التغلب على العديد من العقبات التقنية قبل التفكير في حل متاح تجاريًا. على سبيل المثال، يجب تحسين الطريقة التي يتم بها توصيل المكونات الإلكترونية بالعدسات اللاصقة بشكل أكبر من أجل مراعاة التأثيرات التي ستحدث على البيئة المائية للعين. بالإضافة إلى ذلك، يتطلب تشغيل أجهزة الاستشعار والترانزستورات توفير الطاقة، وإن كانت بكميات صغيرة، والتي يجب أن تأتي حاليًا من مصدر خارجي. "في المختبر، يمكن توصيل الطبقة الرقيقة بسهولة بمصدر للطاقة تحت المجهر. وعلى عكس ذلك، سيكون من الضروري إيجاد حل آخر لربط الوحدات بالعين الحقيقية"، يوضح الباحث الرئيسي.

لقد جذب العالم الرئيسي للدراسة، البروفيسور ترستر، الانتباه بالفعل في الماضي عندما نشر عددًا من الأفكار غير العادية فيما يتعلق بالمكونات الإلكترونية القابلة للارتداء. على سبيل المثال، تمكن الباحثون من تطوير الأقمشة التي تم نسج المكونات الإلكترونية فيها؛ بالإضافة إلى ذلك، تمكنوا من استخدام أجهزة الاستشعار لمراقبة وظائف الجسم للمتزلج أثناء نشاطه الرياضي.

أخبار الدراسة