Создатели из Японии разработали самособирающуюся тонкоплёночную электронику

Исследователи из Университета Кюсю представили революционную тонкоплёночную электронику, способную к самоорганизации: её компоненты могут самостоятельно соединяться, разъединяться и изменять собственную структуру. Этот новый класс устройств, названный авторами «кинетической электроникой», принципиально отличается от традиционной электроники, которая представляет собой статичные, монолитные системы. Модули кинетической электроники обладают способностью к физическому перемещению и объединению друг с другом.

Сердцем этой инновации является уникальное совмещение электрической схемы и механического актуатора в единой тонкой плёнке. Актуатор выполнен из комбинации полипропилена и полиимида — полимеров, демонстрирующих разное тепловое расширение. Встроенный микронагреватель из золота вызывает изгиб плёнки, что позволяет модулю выполнять механические движения без необходимости внешнего привода.

На основе данного принципа инженеры разработали различные механизмы стыковки. Один из них использует систему петель и крючков, другой — захват типа «коготь», который надёжно фиксирует соединение даже при полном обесточивании. Соединение модулей одновременно обеспечивает как механическую прочность, так и электрический контакт, что позволяет передавать питание и сигналы.

Система функционирует в диапазоне напряжений от 5 до 12 В. В процессе стыковки механизм с зондом обеспечивает перемещение до 10 мм при потребляемой мощности 1,1 Вт. Отдельный модуль разъединения потребляет в среднем всего 0,43 Вт, сохраняя при этом удерживающую силу до 618 миллиграмм-силы (примерно 6,1 мН). Соединение остаётся стабильным даже после прекращения подачи питания.

Авторы представили две конфигурации таких устройств: механизм самосборки с плоским зондом и модульную систему разделения. Тестирование подтвердило жизнеспособность концепции перестраиваемых тонкоплёночных электронных систем, способных к автономной сборке из отдельных компонентов и сохранению функциональности после соединения.

Данная разработка находит применение в области гибкой электроники, включая носимые медицинские датчики, имплантируемые устройства и мягкую робототехнику. В будущем такие системы смогут динамически адаптироваться к поставленным задачам, изменять свою конфигурацию и автоматически восстанавливать повреждённые соединения.