p Circuitos eletrônicos extensíveis são essenciais para a robótica suave, tecnologias vestíveis, e aplicações biomédicas. As formas atuais de fazê-los, no entanto, limitaram seu potencial. p Uma equipe de pesquisadores do laboratório de Yale de Rebecca Kramer-Bottiglio, o professor assistente John J. Lee de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais, desenvolveu um processo de material e fabricação que pode tornar esses dispositivos mais elásticos rapidamente, mais durável, e mais perto de estar pronto para fabricação em massa. Os resultados são publicados na revista Materiais da Natureza .

p Um dos maiores desafios para esta área da eletrônica é conectar de forma confiável condutores elásticos com os materiais rígidos usados ​​em componentes eletrônicos disponíveis comercialmente, como resistores, capacitores, e diodos emissores de luz (LEDs).

p "O problema é que é difícil conectar algo macio com algo rígido, "disse Shanliangzi Liu, autor principal do artigo e ex-Ph.D. estudante no laboratório de Kramer-Bottiiglio. Quando os materiais extensíveis dobram e alongam, uma grande força de cisalhamento se desenvolve na interface e muitas vezes rasga a conexão, tornando o circuito inutilizável.

p Um material conhecido como gálio-índio eutético (eGaIn), que mantém a forma líquida em temperatura ambiente, tem sido usado para conexões em eletrônicos extensíveis, mas sua alta tensão superficial impede que ele se conecte adequadamente a componentes rígidos. Várias estratégias foram usadas para contornar este problema, mas ao custo de limitar a extensibilidade e durabilidade dos circuitos resultantes.

p O laboratório de Kramer-Bottiglio adotou uma abordagem diferente, usando nanopartículas eGaIn para desenvolver um novo material - Ga-In bifásico (bGaIn) - que tem elementos sólidos e líquidos. Quando aquecido a 900 graus C, um filme de nanopartículas de eGaIn muda de forma, desenvolvendo uma magreza, camada de óxido sólido no topo com uma espessa camada de partículas sólidas incorporadas em eGaIn líquido. Quando descascado, o material é transferido para substratos extensíveis, semelhante a como as tatuagens temporárias funcionam.

p Com uma interface robusta entre bGaIn e componentes eletrônicos rígidos, o resultado é um conjunto de placa de circuito extensível que tem um desempenho tão bom quanto um convencional, mesmo sob altos níveis de tensão. A abordagem abre oportunidades para criar circuitos extensíveis para uma ampla gama de aplicações industriais, incluindo telas macias e roupas inteligentes.

p Para demonstrar o processo, a equipe o usou para construir uma série de dispositivos, incluindo um circuito amplificador que poderia ser esticado em pelo menos cinco vezes seu comprimento original, uma matriz de LED "Yale" extensível, e uma placa de circuito de condicionamento de sinal multicamada integrada com um sensor extensível ligado à superfície da manga de uma camisa do usuário. Os circuitos também foram aplicados a um balão de látex e "escritos à mão" em uma espuma muito porosa.

p "A chave aqui é que todo o circuito é extensível, "disse o co-autor Dylan Shah, um Ph.D. estudante no laboratório de Kramer-Bottiglio. "Os circuitos anteriores usados ​​em robôs leves tinham uma combinação de pequenas áreas que não se esticavam, e, em seguida, áreas extensíveis. Uma vez que nossos circuitos têm um condutor e uma interface que podem ser esticados, eles são muito mais elásticos e flexíveis. "

p Para este estudo, os pesquisadores usaram impressão por transferência, o que requer uma etapa manual. Liu, que agora é associado de pós-doutorado na Northwestern University, disse que uma das próximas etapas da pesquisa é modificar a tinta bGaIn para capacidade de impressão, para que possa ser perfeitamente integrado nas linhas de fabricação de circuitos automatizados.