Растягивающаяся электроника может стать будущим носимых устройств

Цифровые технологии все шире применяются в здравоохранении, но поиск подходящих материалов и методов производства сопряжен с рядом трудностей. Как отмечается в недавно опубликованном обзоре Вуаньского университета (Китай), самая большая проблема для изготовления эластичной и гибкой электроники заключается в том, что каждый компонент должен выдержать сжатие, скручивание и нанесение на неровные поверхности при сохранении своих эксплуатационных характеристик.

Сегодня разрабатывается множество различных растягивающихся электронных компонентов для цифровых устройств. Например, недорогие растягивающиеся провода и электроды изготавливаются из серебряной нанопроволоки и графена. Насущной технической проблемой является создание таких же гибких и легко изменяющихся устройств для преобразования и хранения энергии, таких как батареи. Самыми перспективными кандидатами здесь являются цинковые батареи, однако для того, чтобы они стали коммерчески жизнеспособными, необходимо проделать дополнительную работу.

В качестве альтернативы батареям могут использоваться эластичные гибкие наногенераторы, которые могут вырабатывать электроэнергию из таких источников, как ветер или движения человеческого тела. Для питания носимых электронных устройств могут также использоваться растягивающиеся солнечные батареи.

Благодаря интеграции нескольких эластичных компонентов, таких как сенсоры температуры, давления и электрохимические датчики, можно создать материал, напоминающий кожу человека, который будет способен анализировать пот, слезы или слюну для неинвазивного мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени. Этот же материал может применяться для создания "умных" протезов или роботов с расширенными возможностями восприятия. Однако в настоящее время изготовление такой искусственной кожи остается трудоемким и сложным делом.

Сегодня существуют две основные стратегии производства растягивающейся электроники. Во-первых, можно использовать природные растяжимые материалы, такие как резина, которые могут выдержать большие деформации. Однако эти материалы имеют ограничения, такие как, например, высокое электрическое сопротивление.

Второй способ - сделать негибкие материалы эластичными с помощью инновационного дизайна. Например, хрупкие полупроводниковые материалы, такие как кремний, можно выращивать на предварительно растянутой поверхности, а затем сжимать, создавая "жатую" поверхность. Другой метод заключается в соединении "островков" жестких проводящих материалов вместе с помощью гибких соединений, таких как мягкие или жидкие металлы. Для изготовления складывающихся электронных устройств можно использовать технологию создания фигурок оригами.

А в будущем эластичная электроника может быть обогатиться и новыми возможностями, такими как беспроводная связь, самозарядка или даже самозаживление. Следующим же шагом после лабораторных испытаний является вывод на рынок растягивающихся электронных устройств. Для этого требуются более дешевые материалы и более быстрые, масштабируемые методы производства, резюмируют авторы обзора.