Svolta nell'industria elettronica: i circuiti liquidi sono possibili

Svolta nell'industria elettronica: i circuiti liquidi sono possibili

Una lega di gallio e indio, liquida a temperatura ambiente, può essere usata per creare circuiti elettrici morbidi e flessibili
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Come importante passo avanti nella creazione di una nuova classe di circuiti elettrici che possano apparire morbidi e naturali come un organismo vivente, gli ingegneri della Carnegie Mellon University stanno sviluppando un transistor fluido utilizzando una lega metallica di indio e gallio, liquida a temperatura ambiente. Dai monitoraggi biocompatibili delle malattie fino alla produzione di robot dalle dimensioni adattabili, il potenziale per l'applicazione di questi circuiti è notevole.

Fino a poco tempo fa, l'unico esempio di circuito elettronico liquido era il microinterruttore, costituito da piccolissimi tubi di vetro con una goccia di mercurio all'interno che spegneva o accendeva un interruttore quando, scorrendo, si posizionava tra due filamenti di materiale conduttore. Essenzialmente, il transistor fluido è un interruttore un po' più sofisticato, realizzato con una lega di metalli liquidi, non tossico, che può essere infuso nella gomma per creare circuiti pieghevoli ed estendibili.

A differenza dell'interruttore al mercurio, nel quale bastava scuotere il circuito per attivarlo, il transistor fluido funziona mediante l'apertura e la chiusura della connessione tra le gocce di metalli agendo sul voltaggio. Quando la carica elettrica scorre in una direzione, le gocce sono portate a combinarsi ed il circuito si chiude. Se scorre nel senso opposto, le gocce si dividono, aprendo il circuito.

I ricercatori Carmel Majidi e James Wissman del Soft Machine Lab alla Carnegie Mellon dicono che l'alternanza di apertura e chiusura dell'interruttore consente di imitare il funzionamento di un transistor, grazie al fenomeno dell'instabilità capillare. La parte difficile è indurre questa instabilità, in modo che le gocce possano unirsi e dividersi continuamente.

"Vediamo l'instabilità capillare in ogni momento," dice Majidi. "Se apriamo poco un rubinetto il flusso di acqua sarà basso e talvolta si arriva fino ad ottenere un flusso di sole gocce continue. Questo fenomeno è chiamato Instabilità di Rayleigh".

Testando le gocce in un bagno di idrossido di sodio, gli ingegneri hanno scoperto una relazione tra il voltaggio e la reazione elettrochimica, dove il voltaggio produce un gradiente nell'ossidazione della superficie, alterando la tensione della superficie stessa e causando la divisione della goccia. Inoltre, ancora più importante, questa proprietà dell'interruttore gli permette di fungere da transistor.

"Abbiamo queste due gocce, analoghe agli elettrodi di fonte e scarico, in un transistor a campo-effetto, e possiamo utilizzare questo effetto programmabile per aprire e chiudere il circuito," dice Majidi. "È possibile eventualmente utilizzare questo effetto per creare circuiti fisicamente riconfigurabili."

I ricercatori dicono che il nuovo transistor fluido apre le prospettive per mini computer liquidi biocompatibili e che potranno interfacciarsi direttamente con cicatrici e cellule per monitorare malattie e disfunzioni o aiutare pazienti a recuperare funzioni cerebrali. In aggiunta, i circuiti liquidi possono consentire ai materiali di essere riconfigurati per cambiare le proprie funzioni o bypassare aree danneggiate.

"Potrebbe essere una struttura che subisce delle deformazioni fisiche molto grandi, come un robot volante che imita le proprietà di un uccello," spiega Majidi. "Quando estende le ali, si desidera che anche i circuiti sulle ali si deformino e riconfigurino, in modo da restare operativi e sostenere un nuovo tipo di funzionalità elettrica."

8 novembre 2017

Fonte: newatlas.com
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