نمایش فناوری نانو در تجهیزات الکترونیک

گروه ما در واقع نوعی لاستیک با قابلیت رسانایی بالا را با استفاده از نانو لوله‌های تک‌دیواره‌ای توسعه داده است و این مواد جدید را برای استفاده در مدارات مجتمع الکترونیکی کشسان لاستیک مانند به کار برده است.

بله همین طور است. گروه تحقیقاتی ما طی 5 سال گذشته به طور عمده روی حوزه گسترده تجهیزات و ادوات الکترونیکی قابل انعطاف و تطابق‌پذیر کار کرده است و معتقدیم عرصه ادوات الکترونیکی و بخصوص وسایل و تجهیزات الکترونیکی کشسان و نرمش‌پذیر به منزله نوعی سرفصل قابل توجه و با قابلیت توسعه و گسترش منطقی برای فعالیت‌های تحقیقاتی ما به شمار رود.

این پرسش مهمی است. در واقع ما به درک و تحقق بخشیدن مفهوم فناوری پوست‌های مصنوعی الکترونیکی (e-skins)‌ علاقه‌مندیم. به همین منظور نیز پیش از این و در سال 2003 مبادرت به ساخت مدل اولیه‌ای از حسگرهای حرارتی و فشار قابل انعطاف در مقیاس بزرگ کرده بودیم. به دنبال آن و در سال 2005، مدلی از یک پوست الکترونیکی کشسان کوچک ارائه کردیم، اما اکنون در تلاش برای ارائه پوست الکترونیکی لاستیک مانند حقیقی با هدف پوشش دادن و روکش کردن آزاد و بدون محدودیت برای سطوح غیرصاف
و انحنادار مثل پیکره ربات‌ها هستیم.

در نظر داشته باشید که پیشرفته‌ترین ربات‌ها ناگزیر از داشتن تعدادی حسگرهای لامسه آن هم تنها روی نوک انگشتان خود بوده‌اند. این موضوع خیلی مهمی است که از یک ربات انتظار می‌رود در فضای روزمره زندگی ما در آینده چه کارهایی را بر عهده گیرد. طیف متنوعی از کارکردها و تکالیف از کمک کردن به بیماران در بستر گرفته تا خدمتکاری در منزل و همبازی شدن با بچه‌ها ممکن است در آینده به نیازی ضروری بدل شود و حال اگر سطح پیکره این ربات‌ها به طور کامل با این پوست‌های الکترونیکی پوشیده نشود، جدا از منظره بدنمایی که خواهند داشت ممکن است بعضی بخش‌های آن باعث ایجاد صدمه به فرد شود.

می‌دانیم پوست حیوانات می‌تواند حداقل فشار و درجه حرارت را دریابد. در گذشته نیز ما تلاش کردیم تا با تقلید از پوست‌های جانوری نوعی پوست بدلی ارائه کنیم، اما با این وجود، می‌توانیم پوست‌های الکترونیکی خود را با قابلیت‌هایی مثل حساسیت به نور و حتی گزینه‌های بیشتر در آمیخته و یکپارچه‌سازی کنیم، اما این موضوع مهم را یادآور می‌شوم که در عرصه تجهیزات و ادوات الکترونیک، تحقق بخشیدن به تولید لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر و قابل تطابق آن هم در مقیاس گسترده که بتواند برای پوشاندن سطوح منحنی به کار برده شود امری فوق‌العاده دشوار محسوب می‌شود، چون که تجهیزات الکترونیک رایج ما به موادی همچون سیلیکون یا‌‌سایر مواد سخت و انعطاف‌ناپذیر متکی است.

بله، منظورم چیزی متفاوت از نمایشگرهای قابل انعطاف است. می‌توانم بگویم تقریبا همگی محققان روی نمایشگرهای انعطاف‌پذیر کار می‌کنند؛ از این رو، سعی من بر آن است تا کاربردهای جدیدی را در حوزه لوازم الکترونیک قابل انعطاف جستجو و مطرح کنم. گروه ما در زمینه ترانزیستورهای ارگانیک که ضمنا قابل انعطاف بوده و می‌تواند طی فرآیند چاپ به صورت محصولی ارزان تولید شوند خبره و متخصص هستند. نکته مهم کار ما استفاده از ترانزیستورهای ارگانیک چاپ شده برای پوست‌های الکترونیک برای نخستین بار است.

نیمه رساناهای ارگانیک را می‌توان تحت شرایط دمایی اتاق و توسط ماشین‌های چاپی نظیر چاپگرهای جوهر افشان روی بستر مورد نظر مستقر کرد. ترانزیستورهای ارگانیک نمی‌توانند به سرعت بالای عملکرد وسایل و ادوات سیلیکونی برسند، اما هزینه فرآوری و ساخت آنها کمتر است و برای ساخت در بسترهای پلاستیکی منعطف و در مقیاس بزرگ مناسب‌ترند.

بله کاملا درست است. همان‌طور که گفتم پوست‌های الکترونیک ادوات و وسایل جدید صفحه مانندی هستند که می‌توانند سطوح را هوشمند کنند. پوست الکترونیک ما ممکن است برای سطوح ربات‌های انسان‌نما به کار برده شود؛ هرچند می‌توان آنها را برای سایر سطوح پیچیده اشیاء یا ماشین‌های مختلف نیز استفاده کرد.

بله، نانو لوله نقش مهمی را در تامین لاستیکی با رسانایی بالا ایفا می‌کند. ما نانو لوله‌های کربنی را در طول میلی‌متری استفاده کردیم و بنابراین شبکه‌های رسانا می‌تواند با چنین طول‌هایی ساخته و در متن لاستیک به کار رفته جاسازی شود. البته نانو لوله‌ها خودشان کشسان نیستند و به عنوان معرف و عامل تقویتی رسانایی استفاده می‌شوند. در واقع لاستیک‌ها ذاتا عایق هستند و از این رو، زیر لایه‌های رسانایی به عنوان بستر کار به لاستیک افزوده می‌شود تا رسانندگی آن تامین شود و همین لایه‌های فرعی در حکم عامل‌های تقویت‌کننده عمل می‌کنند.

در واقع نانو لوله‌ها به منزله انواعی از رشته‌های اسپاگتی مانند رسانا هستند که در لاستیک‌ها جاسازی شده و شبکه‌ای رسانا را شکل می‌دهند. یک شبکه رسانای اسپاگتی شکل در صورتی که قالب و شبکه اصلی آن کشیده شود از شکل اولیه خود خارج شده و تغییر فرم می‌دهد؛ این مهم در حالی است که چنانچه این شبکه بشکند، خاصیت رسانایی آن تغییر نمی‌یابد. یک غشای لاستیکی رسانای همسان و یک شکل می‌تواند تا 38 درصد کشیدگی پیدا کند؛ اما زمانی که این ماده برای تشکیل ساختاری شبکه‌ای شکل از نظر مکانیکی فرآیندسازی شود، می‌تواند تا 134 درصد کشیدگی پیدا کند که میزان قابل توجهی است.

در متدهای فعلی تولید مدارهای مجتمع الکترونیکی کشسان، سیم‌های کشسان چاپ نمی‌شوند و این در حالی است که تقریبا تمامی عناصر دیگر قابل چاپ شدن هستند. به همین منظور و برای تحقق بخشیدن فرآیندهای تولیدی با هزینه موثر، هدف و خواست ما توسعه دادن سیم‌های کشسان قابل چاپ یا مدارات مجتمع کشسان تمام چاپی برای ایجاد سطوح هوشمند خواهد بود.

مترجم:‌ مهریار میرنیا