רכיבי אלקטרוניקה דקים במיוחד, גמישים ושקופים

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך (ETH) מפתחים רכיבים אלקטרוניים שהינם דקים וגמישים הרבה יותר מבעבר. את הרכיבים הללו יהיה ניתן לכרוך אפילו מסביב לשערה יחידה מבלי לפגום בפעילותם.

דר. משה נחמני

חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ציריך (ETH) מפתחים רכיבים אלקטרוניים שהינם דקים וגמישים הרבה יותר מבעבר. את הרכיבים הללו יהיה ניתן לכרוך אפילו מסביב לשערה יחידה מבלי לפגום בפעילותם. רכיבים אלו פותחים אפשרויות חדשות לחלוטין לפיתוחם של חיישנים דקים במיוחד וגמישים שיוכלו להתמקם אפילו על עדשת העין האנושית.

החוקר Niko Münzenrieder מטביל עלה פיקוס במים המכילים פיסות של קרומית מתכתית נוצצת. בעזרת מלקטת הוא מזיז את אחת מהפיסות הללו ומניח אותה על גביי העלה. כאשר הוא מרים את העלה הזה, השכבה הדקיקה נצמדת אליו כאילו עברה הדבקה לתוכו. בכך מדגים החוקר את התכונות המיוחדות של רכיב אלקטרוני זה שלו צורה של קרומית דקה במיוחד. “טרנזיסטורים דקיקים במיוחד וחדשים אלו נצמדים למגוון רחב של סוגי משטחים ועושים זאת באופן מושלם,” מסביר הפיזיקאי.

במעבדתו של פרופסור Gerhard Tröster, מדענים חוקרים רכיבי אלקטרוניקה גמישים, למשל טרנזיסטורים וחיישנים, מזה זמן מה. המטרה היא לשזור את סוגי הרכיבים הללו לתוך בדים ולהצמיד אותם אפילו לעור על מנת להפוך חפצים שונים ל”חכמים”, או על מנת לפתח חיישנים נוחים ולא בולטים שיוכלו לנטר פונקציות שונות בתוך ועל פני גוף האדם. החוקרים הצליחו להשיג התקדמות משמעותית לעבר מטרה זו ועבודתם פורסמה זה מכבר בכתב-העת היוקרתי Nature Communications. בעזרת סוג חדש זה של טכנולוגית שכבה-דקיקה, החוקרים הצליחו לייצר רכיבי אלקטרוניקה גמישים ופונקציונאליים במיוחד.

בתוך שנה החוקרים הצליחו לפתח שיטה לייצורם של רכיבים המורכבים משכבות דקיקות אלו. הקרומית מורכבת מהפולימר פרילן (parylene) שאותו החוקרים מאדים, שכבה אחר שכבה, לתוך פרוסה רגילה בגודל של 5 ס”מ. לשכבת הפרילן יש עובי מרבי של 0.001 מ”מ, כך שהוא דק יותר פי 50 פעמים משיערת אדם. בשלבים שלאחר מכן, החוקרים עשו שימוש בשיטות סטנדרטיות על מנת לבנות טרנזיסטורים וחיישנים מחומרים מוליכים-למחצה, כגון תחמוצת של אינדיום-גאליום-אבץ, וחומרים מוליכים, כגון זהב. בשלב האחרון, החוקרים משחררים את שכבת הפרילן מהפרוסה יחד עם הרכיבים האלקטרוניים המחוברים אליה.

רכיב אלקטרוני המיוצר בשיטה זו הוא גמיש ובר-התאמה במיוחד, וגם – כתלות בחומר ששימש להכנת הטרנזיסטורים – יכול להיות שקוף. החוקרים אימתו את רדיוסי הכיפוף שחושבו באופן תיאורטי בשיעור של 50 מיקרונים במהלך ניסויים בהם הקרומית האלקטרונית הונחה על גביי שיערת אדם ועטפה אותה באופן מושלם. הטרנזיסטורים, שהם פחות גמישים מהמצע בשל החומרים הקרמיים בהם נעשה שימוש לבנייתם, עדיין פעלו באופן מושלם למרות הכיפוף הניכר.

החוקרים מציינים כי עדשות מגע תוכלנה להיות תחום פוטנציאלי ליישומם של רכיבי אלקטרוניקה גמישים אלו. בשלבים המתקדמים של המחקר, המדענים חיברו את הטרנזיסטורים המורכבים מהשכבה הדקיקה, יחד עם מדי עיבור (strain), לעדשות מגע רגילות. את העדשות הן מיקמו על גביי עין מלאכותית וכך הם הצליחו לבחון אם הקרומית, ובמיוחד אם רכיבי האלקטרוניקה הכלולים בה, יכולים לעמוד ברדיוסי הכיפוף של העין ועדיין לתפקד כהלכה. הבדיקות הראו כי למעשה סוג זה של עדשות מגע “חכמות” תוכלנה לשמש על מנת למדוד את הלחץ התוך-עיני – גורם סיכון עיקרי בהתפתחותה של מחלת הברקית (גלאוקומה).

יחד עם זאת, החוקרים עדיין צריכים להתגבר על מהמורות טכניות אחדות לפני שניתן יהיה לחשוב על פתרון זמין מסחרית. לדוגמה, יש לייעל עוד יותר את האופן בו רכיבי האלקטרוניקה מחוברים לעדשות המגע על מנת להתחשב בהשפעות שתהיינה לסביבה המימית של העין. בנוסף, פעילותם של חיישנים וטרנזיסטורים מחייבת אספקת אנרגיה, אף על פי שבכמות מועטה, אנרגיה שכרגע חייבת להגיע ממקור חיצוני. “במעבדה, ניתן לחבר בקלות את השכבה הדקיקה למקור אנרגיה תחת מיקרוסקופ. בניגוד לכך, יהיה צורך למצוא פתרון אחר לחיבורן של היחידות לעין האמתית,” מסביר החוקר הראשי.

המדען הראשי של המחקר, פרופסור Tröster, כבר משך תשומת לב בעבר כאשר פרסם מספר רעיונות יוצאי דופן באשר לרכיבי אלקטרוניקה לבישים. לדוגמה, החוקרים הצליחו לפתח בדים שלתוכם נשזרו רכיבים אלקטרוניים; בנוסף, הם הצליחו להשתמש בחיישנים על מנת לנטר את תפקודי הגוף של גולש סקי במהלך פעילותו הספורטיבית.

הידיעה על המחקר