Ученые из Университета Дунхуа разработали метод сплетения транзисторов, резисторов и конденсаторов в непрерывное волокно, превращая саму нить в электрическую цепь. Это открывает перспективы для носимых вычислений и электронных кожных покровов роботов, способных изгибаться вместе с мягкими телами.
Работа, которую возглавили Мэйфан Чжу, академик Китайской академии наук и профессор Университета Дунхуа, а также исследователь Ган Ван, была опубликована в журнале Nature Electronics под названием «Программируемое плетение интегральных схем». Согласно новостям университета от 24 сентября, команда использовала микрофлюидное кодированное плетение для размещения материалов и соединений внутри волокна по мере его формирования, вместо последующего присоединения отдельных чипов.
При рассмотрении поперечного сечения, проводящие, изолирующие, светоизлучающие или полупроводниковые жидкости настраиваются в стабильные функциональные слои. Варьируя подачу каждого спинового раствора вдоль длины, исследователи могут сделать эти слои либо непрерывными, либо прерывающимися, тем самым соединяя устройства. В результате формируются стеки материалов, геометрия устройств и межсоединения в рамках одного процесса, что преобразует волокно в схему.
На этой платформе группа создала модули для многоцветной электролюминесценции, аналоговой обработки сигналов, цифровой логики и пространственного зондирования без контакта. Объединяя различные типы устройств в одном волокне, они продемонстрировали настраиваемые фильтры и инверторы, переходя от отдельных функциональных нитей к цепям, которые работают согласованно по замыслу.
В ходе прикладных испытаний волокна пространственного зондирования были размещены на роботизированном захвате. Изменения в связи электрического поля при приближении или движении объекта позволяли системе определять положение и автоматически направлять манипулятор для его отслеживания. В другом демонстрационном примере гибкий волоконный интерфейс и вспомогательная система позволили пальцу управлять роботизированной рукой и дроном без физического касания.
Для воплощенного искусственного интеллекта необходима электроника, которая соответствует сложным формам и движениям. Мягкие волокна являются естественным носителем, однако интеграция отдельных волоконных устройств в полноценные схемы требовала одновременного решения проблем размещения материала, структуры устройства и электрических связей. Метод Университета Дунхуа рассматривает компоновку схемы как программу плетения, сохраняя при этом гибкость, возможность шитья и ткачества, а также предлагая комбинируемые строительные блоки для мягких роботов и мультимодальных сенсорных оболочек.