Los circuitos electrónicos extensibles son fundamentales para la robótica blanda, tecnologías portátiles, y aplicaciones biomédicas. Las formas actuales de hacerlos, aunque, han limitado su potencial.

Un equipo de investigadores del laboratorio de Yale de Rebecca Kramer-Bottiglio, el profesor asistente John J. Lee de ingeniería mecánica y ciencia de los materiales, ha desarrollado un proceso de fabricación y material que rápidamente puede hacer que estos dispositivos sean más elásticos, más durable, y más cerca de estar listo para la fabricación en masa. Los resultados se publican en la revista Materiales de la naturaleza .

Uno de los mayores desafíos para esta área de la electrónica es conectar de manera confiable conductores extensibles con los materiales rígidos utilizados en los componentes electrónicos disponibles comercialmente. como resistencias, condensadores, y diodos emisores de luz (LED).

"El problema es que es difícil conectar algo blando con algo rígido, "dijo Shanliangzi Liu, autor principal del artículo y ex Ph.D. estudiante en el laboratorio de Kramer-Bottiiglio. Cuando los materiales estirables se doblan y se alargan, una gran fuerza cortante se desarrolla en la interfaz y, a menudo, rompe la conexión para inutilizar el circuito.

Un material conocido como galio-indio eutéctico (eGaIn), que mantiene una forma líquida a temperatura ambiente, se ha utilizado para conexiones en electrónica extensible, pero su alta tensión superficial evita que se conecte correctamente a componentes rígidos. Se han utilizado varias estrategias para solucionar este problema, pero a costa de limitar la capacidad de estiramiento y durabilidad de los circuitos resultantes.

El laboratorio de Kramer-Bottiglio adoptó un enfoque diferente al utilizar nanopartículas de eGaIn para desarrollar un nuevo material, el Ga-In bifásico (bGaIn), que tiene elementos sólidos y líquidos. Cuando se calienta a 900 grados C, una película de nanopartículas de eGaIn cambia de forma, desarrollando una delgada, capa de óxido sólido en la parte superior con una capa gruesa de partículas sólidas incrustadas en eGaIn líquido. Cuando se despega, el material se transfiere a sustratos estirables, similar a cómo funcionan los tatuajes temporales.

Con una interfaz robusta entre bGaIn y componentes electrónicos rígidos, el resultado es un conjunto de placa de circuito estirable que funciona tan bien como uno convencional, incluso bajo altos niveles de tensión. El enfoque abre oportunidades para crear circuitos extensibles para una amplia gama de aplicaciones industriales, incluyendo pantallas suaves y prendas elegantes.

Para demostrar el proceso, el equipo lo usó para construir varios dispositivos, incluyendo un circuito amplificador que podría estirarse al menos cinco veces su longitud original, una matriz de LED extensible "Yale", y una placa de circuito de acondicionamiento de señal multicapa integrada con un sensor extensible unido a la superficie de la manga de la camisa de un usuario. Los circuitos también se aplicaron a un globo de látex y se "escribieron a mano" sobre una espuma muy porosa.

"La clave aquí es que todo el circuito se puede estirar, "dijo el coautor Dylan Shah, un doctorado estudiante en el laboratorio de Kramer-Bottiglio. "Los circuitos anteriores utilizados en robots blandos tenían una combinación de áreas pequeñas que no se estiraban, y luego áreas extensibles. Dado que nuestros circuitos tienen un conductor y una interfaz que se pueden estirar, son mucho más elásticos y flexibles ".

Para este estudio, los investigadores utilizaron la impresión por transferencia, que requiere un paso manual. Liu, quien ahora es un asociado postdoctoral en la Universidad Northwestern, dijo que uno de los próximos pasos con la investigación es modificar la tinta bGaIn para la imprimibilidad, para que pueda integrarse sin problemas en las líneas de fabricación de circuitos automatizados.