«Гибкие телефоны — самое примитивное из того, что нас ждет»

Какие перемены готовит человечеству пластичная электроника

26 августа 2015 в 18:49, просмотров: 8085

Жить в эпоху революций — великое испытание, даже если это научная революция. Представить, чем могут обернуться через время нынешние фундаментальные исследования и разработки, иной раз не в состоянии даже именитые футуристы. Но некоторые ноу-хау уже сейчас завораживают перспективами. В 1980-е годы прошлого века в научной среде заговорили о гибкой электронике. Через двадцать лет это понятие просочилось в массы. Правда, многие потенциальные потребители по-прежнему не до конца понимают, о чем именно идет речь, в лучшем случае воображая сворачиваемый в трубочку смартфон. Что же на самом деле готовят нам ученые и поспевает ли за мировыми тенденциями Россия, некогда бывшая лидером в области электроники? 

«Гибкие телефоны — самое примитивное из того, что нас ждет»
фото: ru.wikipedia.org
Отправить e-mail человек сможет легким касанием руки.

Выпуск смартфона с гибким дисплеем действительно в начале года анонсировали южнокорейцы (с ценником «всего» около 700 долларов). Впрочем, целесообразность именно такого гаджета сразу породила волну шуток — от того, что это телефон для крутых, который можно «загибать» вместо пальцев, до замечаний, что его главная задача — бороться с рассеянностью пользователей, прячущих мобильник в задний карман джинсов и беззаботно плюхающихся в кресло. Теперь, мол, ничто не поломается и никого не травмирует. Кроме того, энтузиасты собирали средства на модных нынче краудфандинговых платформах для выпуска гибкого смартфона с вместительным экраном, который можно крепить на запястье вместо умных часов. А исследователи из лаборатории министерства энергетики США представили тонкопленочные (в 10 атомных слоев) гибкие и прозрачные транзисторы, которые открывают дорогу гнущимся прозрачным телевизорам и компьютерам.

Но все-таки не за такими устройствами будущее гибкой электроники, полагает профессор Сколковского института науки и технологии Альберт Насибуллин.

— Мы занимаемся созданием материалов, которые обладают высокой электрической проводимостью и при этом сохраняют свои свойства при механическом воздействии: сгибании вплоть до 30 тысяч раз, растяжении в два раза, — для начала объясняет понятие «гибкая электроника» ученый. — Вдобавок к этим требованиям актуальным является еще и прозрачность материала.

Так, известные южнокорейские производители бытовой техники для создания гибких дисплеев намерены использовать серебряные нанонити. Серебро является лучшим проводником, металл выдерживает множество циклов сгибания. Но, как известно, даже серебряные монеты и ложки достаточно быстро темнеют на воздухе, и уж тем более быстро это происходит с тончайшими нитями. В итоге за одну-две недели они перестают проводить ток, поэтому нужно еще уметь их защищать.

Российские ученые работают с однослойными углеродными нанотрубками. Поперечный диаметр таких трубок всего около 1–2 нанометров против 50–100 нанометров у серебряных нитей. Чтобы примерно понять, что это за размер, представьте, насколько человеческий волос тоньше мощного корабельного каната — вот так же 1 нанометр мал по сравнению с волосом. Из слоев углеродных нанотрубок создают пленки, которые превосходят по гибкости серебряные нанонити, при этом прозрачны и проводят ток (правда, данный показатель пока надо улучшать).

Еще один перспективный вариант — органические проводники и полупроводники.

Если микросхемы из подобных материалов нанести на гибкие подложки — получатся устройства, которые смогут успешно работать при деформации.

— Гибкие дисплеи смартфонов, телевизоров — все это, конечно, увлекательно, но, скорее всего, технология породит целый класс совершенно новых гаджетов, — говорит Насибуллин. — В частности, это различные нательные датчики, растягиваемые антенны и солнечные батареи, прозрачные микрофоны, электронная бумага и много других приборов, которые сейчас трудно предсказать... Допустим, любители почитать свежую прессу за чашечкой кофе смогут включить «умную бумагу», прозрачную тонкую пленку, и она тут же загрузится новым выпуском любимой газеты. Из США, Японии, стран Евросоюза новости об очередных прикладных ноу-хау доносятся регулярно. Мы, к сожалению, в топ ньюсмейкеров здесь не входим, хотя то, что делается, — часто делается на высоком мировом уровне.

Способность гнуться и растягиваться позволит внедрять гибкую электронику в одежду, рюкзаки, перчатки. Недавно одна из корпораций заявила о запуске проекта по созданию сенсорной одежды, в которую будут вплетены проводящие нити. Таким образом, одежда превратится в еще один порт подключения Сети и даст возможность управлять другими «умными» вещами, а главное — пользователь уж точно не забудет штаны или рубашку дома, как смартфон. Наконец, исчезнет проблема «распаренных» носков — хлопчатобумажное изделие само подскажет, куда спрятался напарник. А подгузники предупредят маму, когда пора заняться гигиеной малыша.

фото: flickr.com
Одежда с микросхемами — уже реальность.

Между тем австралийские ученые уже разработали эластичный материал, который прозвали «умной кожей». В состав материала на основе резины входят тонкие слои оксида цинка, способные выполнять функции ультрафиолетовых датчиков. Ноу-хау предлагают использовать для выпуска специальных пластырей или наручных ремешков для любителей солнечных ванн. Поскольку избыток ультрафиолетового излучения может быть опасен для человека и повышает риск раковых заболеваний, пластырь или ремешок будут следить за уровнем УФ и по беспроводной связи передавать предупреждение на смартфон или планшет хозяину. Кроме того, устройство сможет контролировать степень загрязненности городского воздуха и обнаруживать токсичные газы. Альтернативные пластыри и временные сенсорные татуировки также смогут следить за работой сердца человека, уровнем глюкозы в крови, алкоголя или наркотических веществ.

Ученые создают «умную кожу» для чувствительности протезов.

Но и это не все. Исследователи в разных странах мира трудятся над созданием такой искусственной кожи, которая смогла бы не хуже кожи человека «чувствовать» прикосновения, влажность, температуру — если однажды ее интегрировать с протезами, то люди с ампутированными конечностями вновь вернутся к полноценным ощущениям и даже расширят их. Уже сейчас немецкие ученые из Института твердого тела и исследований материалов имени Лейбница в Дрездене совместно с коллегами из Японии тестируют магниточувствительную эластичную пленку, которая — если ее наклеить как пластырь — фактически превращает человека в ходячий компас, и тогда носитель уж точно не заблудится в лесу.

Пару лет назад американские исследователи из университета в Иллинойсе сообщили о разработке чернил из специально обработанного графена, отличающегося сверхпроводимостью и гибкостью. Заправив их в струйный принтер, можно запросто печатать сгибаемые микросхемы на гибких подложках.

За короткий срок технология печатной гибкой электроники набрала невиданные обороты. В этом году в Сингапуре на конференции, посвященной инновациям, ученые из Наньянского технологического университета рассказали о готовности печатать сложные электронные схемы хоть на пластиковой пленке, хоть на комнатных обоях. В таком случае стены в домах превратятся в компьютеры с микрофонами, выключателями, различными датчиками, мобильной связью, телевидением, и управлять ими можно будет с помощью голосовых команд. Прозрачные плоские акустические системы на основе геля, нанесенные на оконное стекло, смогут лучше стеклопакетов подавлять внешние шумы.

Причем можно печатать очень дешевые платы буквально для одноразового использования — например, сделать «умную маркировку» на пакете молока или сосисках, которая сама предупредит о заканчивающемся сроке годности продуктов питания. Японцы уже заявили о намерении выпускать сенсорную электронную пленку в рулонах наподобие пищевой — обернув ей любой предмет, вы автоматически превратите его в «умный» и сделаете частью «интернета вещей».

Инженеры из Гарвардского университета с помощью 3D-принтера изготовили прозрачные пластиковые кирпичики по типу Lego с микроканалами для светодиодов, батарей, жидкостей и пр. Из них можно собирать мягких роботов различных конструкций. Более того, гибкие и эластичные материалы позволят создавать роботов, которые будут менять свои размеры и форму — допустим, смогут пролезть через узкое отверстие под завалы от землетрясения, а там расшириться и начать работу по спасению людей.



Партнеры