En esta era de teléfonos inteligentes y tabletas, las superficies sensibles al tacto están en todas partes. También son frágiles, ya que las personas con pantallas de teléfonos rotas en todas partes pueden dar fe.
Cubrir un robot, o un avión o un puente, con sensores requerirá una tecnología que sea flexible y rentable de fabricar a granel. Un equipo de investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial del MIT cree que 3-La impresión D podría ser la respuesta.
En un intento por demostrar la viabilidad de la electrónica flexible e imprimible que combina sensores y circuitos de procesamiento y puede actuar en sus entornos, los investigadores han diseñado y construido un dispositivo que responde a las tensiones mecánicas cambiando el color de un punto en su superficie.
El dispositivo se inspiró en el escarabajo de la tortuga dorada, o "chinche dorada", un insecto cuyo exterior generalmente parece dorado pero se vuelve naranja rojizo si el insecto es empujado o pinchado, es decir, estresado mecánicamente.
"En la naturaleza, las redes de sensores e interconexiones se denominan vías sensoriomotoras", dice Subramanian Sundaram, un estudiante graduado del MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación EECS, que dirigió el proyecto. "Estábamos tratando de ver si podíamos replicarvías sensoriomotoras dentro de un objeto impreso en 3-D. Así que consideramos el organismo más simple que pudimos encontrar ".
Los investigadores presentan su nuevo diseño en el último número de la revista Tecnologías avanzadas de materiales . Sundaram es el primer autor del artículo, y los autores principales son el asesor de Sundaram, Wojciech Matusik, profesor asociado de EECS; y Marc Baldo, profesor de EECS y director del Laboratorio de Investigación de Electrónica.los trabajos son Pitchaya Sitthi-Amorn, un ex postdoctorado en el laboratorio de Matusik; Ziwen Jiang, un estudiante de pregrado de EECS; y David Kim, un asistente técnico en el Grupo de Fabricación Computacional de Matusik.
de abajo hacia arriba
La electrónica imprimible, en la que se depositan circuitos flexibles en algún tipo de sustrato plástico, ha sido un área importante de investigación durante décadas. Pero Sundaram dice que la capacidad de imprimir el sustrato en sí mismo aumenta en gran medida la gama de dispositivos que la técnica puede producir.
Por un lado, la elección del sustrato limita los tipos de materiales que se pueden depositar sobre él. Debido a que un sustrato impreso podría consistir en muchos materiales, entrelazados en patrones intrincados pero regulares, amplía la gama de materiales funcionales que se pueden imprimirla electrónica puede usar.
Los sustratos impresos también abren la posibilidad de dispositivos que, aunque se imprimen como hojas planas, pueden plegarse en formas tridimensionales más complejas. Los robots imprimibles que se autoensamblan espontáneamente cuando se calientan, por ejemplo, son un tema de investigación en cursoen el Laboratorio de Robótica Distribuida CSAIL, dirigido por Daniela Rus, profesora de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación Andrew y Erna Viterbi en el MIT.
"Creemos que solo si puede imprimir el sustrato subyacente puede comenzar a pensar en imprimir una forma más compleja", dice Sundaram.
señalización selectiva
El nuevo dispositivo de los investigadores del MIT tiene aproximadamente forma de T, pero con una base ancha y rechoncha y una barra transversal alargada. La barra transversal está hecha de un plástico elástico, con una tira de plata que corre a lo largo; en los experimentos de los investigadores,los electrodos estaban conectados a los extremos de la barra transversal. La base de la T está hecha de un plástico más rígido. Incluye dos transistores impresos y lo que los investigadores llaman un "píxel", un círculo de polímero semiconductor cuyo color cambia cuando las barras transversales se estiran, modificandoLa resistencia eléctrica de la tira de plata.
De hecho, los transistores y el píxel están hechos del mismo material; los transistores también cambian ligeramente de color cuando se estiran las barras transversales. Sin embargo, el efecto es más dramático en el píxel porque los transistores amplifican la señal eléctrica de la barra transversal.Demostrar que los transistores en funcionamiento era esencial, dice Sundaram, porque los conjuntos de sensores grandes y densos requieren cierta capacidad para el procesamiento de la señal a bordo.
"No querría conectar todos los sensores a su computadora principal, porque entonces tendría toneladas de datos entrando", dice. "Desea poder hacer conexiones inteligentes y seleccionar solo las señales relevantes"
Para construir el dispositivo, los investigadores utilizaron la MultiFab, una impresora 3-D personalizada desarrollada por el grupo de Matusik. La MultiFab ya incluía dos "cabezales de impresión" diferentes, uno para emitir materiales calientes y otro para enfriar, y una serie de rayos ultravioleta.diodos emisores de luz: el uso de radiación ultravioleta para "curar" los fluidos depositados por los cabezales de impresión produce el sustrato del dispositivo.
Sundaram agregó un calentador de cobre y cerámica, que era necesario para depositar el plástico semiconductor: el plástico se suspende en un fluido que se rocía sobre la superficie del dispositivo, y el calentador evapora el fluido, dejando una capa de plástico de solo 200nanómetros de espesor.
Límites de fluidos
Un transistor consiste en un canal semiconductor encima del cual se encuentra una "puerta", un cable de metal que, cuando se carga, genera un campo eléctrico que conmuta el semiconductor entre sus estados conductores y no conductores de electricidad. En un transistor estándar, hay un aislanteentre la puerta y el semiconductor, para evitar que la corriente de la puerta se filtre en el canal semiconductor.
Los transistores en el dispositivo de los investigadores del MIT separan la compuerta y el semiconductor con una capa de agua que contiene una sal de potasio. Al cargar la compuerta, los iones de potasio entran en el semiconductor, cambiando su conductividad.
La capa de agua salada reduce el voltaje operativo del dispositivo, por lo que puede alimentarse con una batería normal de 1.5 voltios. Pero hace que el dispositivo sea menos duradero ". Creo que probablemente podamos hacer que funcione de manera estable durante dos meses,tal vez ", dice Sundaram." Una opción es reemplazar ese líquido con algo entre un sólido y un líquido, como un hidrogel, tal vez. Pero eso es algo en lo que trabajaríamos más tarde. Esta es una demostración inicial ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Larry Hardesty. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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