Дизайн, вдохновленный бабочкой, для создания самовосстанавливающийся электроники

Кредит: Roh et al, Nature Electronics (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01089-6

За последние десятилетия инженеры по электронике создавали устройства с различными формами и со все более сложными дизайнами.Это включает в себя электронику, которую можно сложить на себя, например, складные телефоны, а также различные другие сжимаемые устройства.

Исследователи из Университета Аджу и других институтов в Южной Корее недавно представили новый дизайн для разработки электроники, допускающейся колики, или, другими словами, электроники, которая может восстановить свою первоначальную форму после того, как их смят или сжалась на себя, чтобы уменьшить их размер.Этот дизайн, изложенная в статье, опубликованной в Nature Electronics, черпает вдохновение из механизма, который позволяет бабочкам разворачивать свои крылья при выходе из кокона.

«Природа богата разными растениями и животными, каждый из которых выжил, адаптировавшись и развивая в экстремальных условиях»,-сказал Tech Xplore Seungyong Han, соавтор статьи.«Лично я всегда думал, что, внимательно наблюдая за этими явлениями, мы можем найти подсказки для решения различных проблем в современном обществе. Кроме того, подходя к этому с инженерной точки зрения, я полагал, что мы можем достичь результатов, которые могут улучшить повседневную жизнь людей.”

Прежде чем родиться бабочка, ее крылья сложены и смяты на себя внутри кокона.Примечательно, что внутри кокона крылья влажны с биологической жидкостью, которая мешает им повреждать, пока они все еще смяты.Когда из кокона появляется бабочка, жидкость испаряется, позволяя ей медленно разворачивать крылья, что приводит к рассеянию морщин, которые они демонстрировали во время сложенных.

Хан и его коллеги решили создать дизайн для электроники, вдохновленного этим естественным механизмом переключения крыла.Для этого они сначала создали композитный материал с переменной жесткостью.

Твердость и мягкость этого материала можно контролировать без необходимости дополнительных веществ.Это делает его многообещающим для разработки гибкой и прочной электроники, которая не демонстрирует морщины, даже после того, как они смяты.

«Наша электроника, обеспечиваемая крампл, предназначена для того, чтобы имитировать замечательные свойства крыльев бабочки, которые можно смять в хризалисе, а затем стать гладкими и функциональными»,-объяснил Хан.«Их ядро, лежащая в основе конструкции, интегрирует нанопроволки серебра, полимер памяти формы (SMP) и эластомер. Серебряные нанопроволоки не только проводят, но и действуют как элементы механического зондирования. Они помогают в изменении фазы SMP с помощью Joule Heating, которыйПроцесс нагрева материала с использованием электрического тока ».

Дизайн, предложенный этой исследовательской группой, работает следующим образом: когда электронное устройство смят, SMP (гибкий материал), который он содержитЕсли тепло применяется к этому материалу через серию серебряных нанопроволок, оно преобразуется и становится жестким.

«Это изменение помогает электронике разворачиваться и восстановить свою первоначальную плоскую форму без каких -либо постоянных морщин или повреждений», - сказал Хан.”Устройства, созданные с использованием нашего дизайна, могут выдержать смятывание и развернутые неоднократно без потери функциональности. Наша конструкция также приводит к высокой эффективности упаковки, позволяя сжимать устройства на очень маленькие пространства (например, капсула 1 мл), а затем расширены на их оригинал.размер.”

Уникальный дизайн, представленный Ханом и его коллегами, имеет несколько выгодных характеристик.Во -первых, это позволяет пользователям легко модулировать жесткость устройств в зависимости от их потребностей.

«После того, как они сжались, устройства могут вернуться к своей первоначальной форме и функциональности, собственности, вдохновленной природой», - сказал Хан.

Чтобы продемонстрировать свой дизайн, исследователи до сих пор использовали его для создания сенсорной панели 7 см на 7 см.Они показали, что этот дисплей может быть смят в крошечную капсулу и впоследствии развернут, становясь гладкой и плоской поверхностью, которая может обнаружить прикосновение.

«По сути, наша сдерживаемая крахлевая электроника сочетает в себе устойчивость природных систем с точностью современных технологий, предлагая новый подход к проектированию гибких и прочных электронных устройств»,-сказал Хан.«В наши дни люди привыкли к электронным устройствам, которые сгибаются или складываются (например, складные телефоны), и ожидается, что интерес к настраиваемому изменяющему форме электронных устройств увеличится в будущем».

Большинство ранее разработанных устройств, изменяющих форму, основаны на складных структурах, которые складываются в точных местах и путем повторяющихся похожих движений.Со временем эти устройства могут ухудшаться, например, производя морщины, складки или структурные повреждения на участках, где они складываются на себя.

«Наше исследование может решить эти проблемы, что потенциально может внести непосредственный вклад в разработку настраиваемых электронных устройств, изменяющих форму»,-сказал Хан.”Электронные устройства, которые мы разработали, также могут быть применены к касании панелей или дисплеев, они, вероятно, будут особенно полезны в носимой технологии и робототехнике из -за их способности менять форму и их гибкую природу, что делает их пригодными для любого поля, требующего взаимодействия стело человека.”

Расширение электроники, обеспечиваемой хан-докладом, разработанный Ханом и его коллегами, может оказаться ценным для широкого спектра применений.В дополнение к разработке разработки роботов, изменяющих форму, адаптируемой носимой электронике и сжимаемых дисплеев, его можно использовать для создания материалов самовосстановления для передовых медицинских и инженерных приложений.

«Важным моментом, который следует отметить, является то, что материалы самовосстановления все еще находятся на ранних стадиях развития»,-сказал Хан.”Есть много возможностей в процессе поиска, где и для какой цели могут быть применены эти разработанные материалы. Разница между нашим самовосстанавливающимся электронным устройством и существующими материалами для самовосстановления заключается в том, что, хотя предыдущие материалы были сосредоточены на восстановлении их первоначальной формы, нашаЭлектронные устройства самовосстанавливаются на настраиваемом «изменении формы» и поддержании функциональности и адаптации после преобразования ».

Хан и его коллеги сейчас пытаются использовать свой дизайн для создания различной электроники, которая впоследствии может быть коммерциализирована.В настоящее время они работают над дисплеем, интегрирующим легкий слой и сенсорные панели, которые могут быть смяты и уменьшены в размерах, не образуя каких-либо морщин и не ставя под угрозу свои возможности.Наиболее выгодной особенностью этого дисплея является то, что пользователи могут быстро его сложить и сохранить его в небольших пространствах, а затем разворачиваться, когда они хотят использовать его.

«Благодаря разработке обещаний или диодов на основе полимеров мы сосредоточены на создании дисплеев, которые могут гибко изменить свою форму, объединяя эту технологию с нашей собственной»,-добавил Хан.«Учитывая постоянную разработку складных телефонов различными глобальными корпорациями, мы также рассматриваем дальнейшую разработку нашей технологии, чтобы сделать ее применимыми для различных модулей, необходимых в этих устройствах. Это обеспечит практическое удобство в повседневной жизни, согласуясь с развивающимися потребностями современногоЭлектроника “.

Больше информации: Yeonwook Roh et al., Расширяемая крампл электроникой на основе пластиковых на упругих деформационных переходов, природы электроники (2023).Doi: 10.1038/s41928-023-01089-6

© 2024 Science X Network