فناوری

ساعت هوشمند خود را چاپ کنید

cc_aflosports429332_16x9
نوشته شده توسط تیم تحریریه علمنا

روزی را تصور کنید که آخرین مدل ساعت هوشمند یا دستگاه پیشرفته هشدار حمله قلبی را از چاپگر جوهرافشان تحویل بگیرید. محققان با چاپ آرایه‌های ارزان و قابل‌اتکای ترانزیستورها (جز اصلی وسایل الکترونیکی مدرن) و استفاده از آن‌ها برای انجام وظایف محاسباتی مقدماتی، یک گام در این مسیر برداشته‌اند. این کار شاید روزی راهنمای عصر جدیدی از وسایل الکترونیکی مصرفی ارگانیک و منعطف باشد.
مدارهای جدید به‌جای سیلیکون‌های معمولی، از ترکیبات ارگانیک یا با پایه کربن ساخته شده بودند. در حالی که در سایر مدارها عناصر الکترونیک ارگانیک را استفاده از ترکیبی از چاپ جوهرافشان و سایر روش‌های نوشتن، چاپ و انباشته شده‌اند، در این کار فقط از چاپگر جوهرافشان برای کل روند استفاده شد. «آنانت دودابالاپور» مهندس الکترونیک دانشگاه تگزاس در آستن که در این مطالعه شرکت نداشته است گفت: «نمی‌توانم به‌وسیله دیگری با دست کم دولایه فکر کنم که همه چیز آن فقط با یک چاپگر جوهرافشان انجام شده است. این نمایش خوبی است.»
وسایل الکترونیکی تجاری جدید باید متراکم، بادوام و قابل‌تولید انبوه باشند. تقریباً تمام ابزارهای بازار انبوه مبتنی بر ریزتراشه‌های سیلیکون عنصر شیمیایی هستند که تولیدکنندگان بر روی آن‌ها ترانزیستورهای کوچک‌تری (به‌ویژه سوئیچ‌های الکتریکی که برای ایجاد مدارهای منطقی در کامپیوترها استفاده می‌شوند) قرار می‌دهند.
اما تراشه‌های سیلیکون معایبی هم دارند. ویفرهای سیلیکون سخت هستند ازاین‌رو منعطف کردن مدارات بر پایه سیلیکون دشوار است. بسیاری معتقدند وسایل الکترونیکی منعطف و پوشیدنی که از مواد ارگانیک تهیه شده‌اند می‌تواند کارکردهای جدیدی برای وسایل الکترونیک تعریف کند. به عنوان مثال، وسایل الکترونیکی می‌توانند داده‌های پزشکی حیاتی را مانند سفتی شریان‌ها که به پیش‌بینی حمله قلبی کمک می‌کند و فعالیت الکتریکی مغز که در مورد حملات آتی صرع هشدار می‌دهند، جمع‌آوری کند.
«سانگجون یونگ» مهندس الکتریک دانشگاه علم و فناوری پویانگ کره جنوبی و همکارانش به بررسی این موضوع پرداختند که آیا می‌توانند شبکه‌های فعال ترانزیستورهای ارگانیک را چاپ کنند. آن‌ها برای آزمودن بیشترین تعداد ترانزیستور ممکن، ترانزیستورهایی طراحی کردند که می‌توانستند بر روی هم انباشته شوند، به‌جای اینکه در یک تراشه در کنار هم قرار بگیرند و به طرز مؤثری دو ترانزیستور را در فضایی قرار دادند که معمولاً یک ترانزیستور آن را اشغال می‌کند.
آن‌ها مدارهایی با سه میلی‌متر طول را یک لایه و یک بار با چاپ جوهرافشان چاپ کردند: آن‌ها در انتها ترکیب بر پایه کربن را قرار دادند که می‌تواند بخش‌هایی را ایجاد کند که جریان الکتریکی از آن به ترانزیستور وارد و از آن خارج می‌شود و سپس به الکترودهای فلزی می‌رود که جریان را در هر دو ترانزیستور کنترل می‌کنند و درنهایت وارد ترکیبی می‌شود که بخش‌های حامل جریان ترانزیستور دیگر را تشکیل می‌دهد. آن‌ها میان لایه‌های ترانزیستورها فیلم‌های نازکی از مواد محافظ موسوم به پاریلن قرار دادند. این وسیله محتوی دست کم یک صد ترانزیستور بود که برای ایجاد مدارهای منطقی که چندین محاسبه اساسی را ازجمله افزودن دو رقم، تکمیل می‌کردند کفایت می‌نمود.
وسیله یونگ از چندین نظر چشمگیر بود. تمام ترانزیستورها تا ۸ ماه پس از تولید کار می‌کردند؛ شاهکاری بزرگ برای وسایل الکترونیکی ارگانیک که اغلب به‌سرعت مستهلک می‌شوند. گروه تحقیقاتی گزارش داد به‌علاوه این روند به دمای کمتر از ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد نیاز داشت، در مقابل چند صد درجه دما در خط تولید ویفر سیلیکون.
هم چنان ابزارهای چاپ‌شده با سیلیکون قابل‌رقابت نیستند. گروه تحقیقات موفق شد تقریب پنج ترانزیستور را در یک میلی‌متر مکعب جای دهد، در حالی که در تراشه‌های مداری ادغام‌شده در کامپیوترهای امروزی میلیون‌ها ترانزیستور در چنین فضایی انباشته می‌شوند. یونگ گفت: «فناوری ما از بعد تراکم ترانزیستور در مرحله فناوری سیلیکون در اواخر دهه ۶۰ و اوایل دهه ۷۰ میلادی است؛ زمانی که اولین ریزپردازشگرها عرضه شدند.»
از آنجایی که محققان قصد داشتند مفهومی غیر از یک محصول کلیشه‌ای ارائه دهند، گروه یونگ مدار خود را روی شیشه سخت چاپ کرد. اما او می‌گوید آن‌ها تاکنون اجزای مشابهی را بر روی پلاستیک انعطاف¬پذیر چاپ کرده‌اند و قصد دارند نتایج آن را به زودی منتشر کنند. دودابالاپور نیز اشاره کرد ابزار جدید با برخی معیارها، هنوز به آنچه دیگران قبلاً با مدارهای ارگانیک به دست آورده‌اند نرسیده است. «مثلاً نوع منطق محاسباتی گروه مستلزم ترانزیستورهای بیشتری در مقایسه با سایر رویکردها بود و بخش اعظم دستاوردهای انباشت نزدیک به هم اجزا را از بین برد. هم چنین ترانزیستورها نسبتاً کند و ناپیوسته کار می‌کردند. به‌علاوه گرچه استفاده از چاپ جوهرافشان برای هر مرحله روند ساخت ممکن است، من مزیتی نمی‌بینم که خود را به یک روش چاپ یا الگو یابی محدود کنیم.»
«یانوس ورس» متخصص وسایل الکترونیکی انعطاف‌پذیر در موسسه تحقیقاتی PARC کالیفرنیا می‌گوید: «اما چنین معایبی ممکن است زمانی که محصول به سمت تجاری شدن پیش برود، برطرف شوند.» او این مطالعه را ستایش می‌کند که راهی نو برای چاپ و حفاظت از اجزای مدار ارگانیک نشان داده و تصور می‌کند برچسب‌ها یا حسگرها در آینده حاوی نه دو ترانزیستور، تعداد زیادی ترانزیستور باشند و احتمالاً هماهنگ با تراشه‌های سیلیکونی یا سایر فناوری‌ها فعالیت کنند. او می‌گوید: «درنهایت زمان آن می‌رسد که ریزتراشه‌ها را چاپ کنیم.»

درباره نویسنده

تیم تحریریه علمنا

دیدگاه شما چیست