PCB realizzati con biomateriale

Un gruppo di ricerca austriaco ha sviluppato la miscela per produrre circuiti stampati biodegradabili che possono essere utilizzati in semplici dispositivi elettronici. Il gruppo dell'Università Johannes Kepler (JKU) di Linz ha messo la miscela in una scatola di plastica piatta e l'ha conservata in un armadio buio. Nel giro di poche settimane, nella scatola è cresciuto un tessuto fatto di fibre fungine, il cosiddetto micelio, con una pelle simile alla carta, morbida, da bianca a brunastra.

Il processo è estremamente semplice e utilizza molta meno energia e acqua rispetto alla produzione di circuiti stampati con materiali convenzionali. Inoltre, non vengono utilizzate sostanze chimiche nocive e i circuiti stampati sono compostabili.

La produzione elettronica, e questo vale soprattutto per i circuiti stampati, è sempre stata impegnativa; utilizza minerali delle terre rare (che presentano una serie di problemi) e sostanze chimiche pericolose per la nostra salute. Inoltre, le condizioni di lavoro negli impianti di produzione elettronica sono state esaminate attentamente per la loro natura di sfruttamento. Si tratta, in parole povere, di un argomento controverso e non abbiamo esaminato le sostanze chimiche dannose per l'ambiente che consentono la separazione di alcuni dei materiali che lo compongono durante il riciclaggio.

Le pelli miceliali, come i circuiti stampati convenzionali, possono essere montate con componenti elettronici. Non sono necessarie nuove attrezzature e non sono richiesti investimenti significativi. Ciò dovrebbe – in teoria – rendere piuttosto semplice l’adozione nella produzione elettronica tradizionale.

Come funziona MycelioTronics?

Innanzitutto, uno strato sottilissimo di rame o oro viene depositato tramite vapore sul micelio. Un laser cutter viene utilizzato per rimuovere il metallo laddove non è necessario. Ciò che rimane sono i percorsi conduttori su cui possono poi essere saldati i componenti elettronici.

Secondo l'articolo pubblicato su Science Advances, la pelle del micelio è sottile e flessibile pur mantenendo una forte integrità strutturale. È stato in grado di resistere a circa 2000 cicli di piegatura; mostra solo una moderata resistenza una volta piegato; isola le correnti elettriche; e può sostenere temperature che raggiungono i 250 gradi Celsius. Non è necessario aggiungere ritardanti di fiamma dannosi per l'ambiente e la salute.

Le applicazioni nella vita reale sono – ad oggi – in numero limitato, ma i ricercatori sono riusciti a dotare un prototipo delle dimensioni di una scatola di fiammiferi con un sensore di umidità, un chip Bluetooth in grado di inviare il segnale del sensore a un laptop o smartphone e un tipo speciale di batteria. Tuttavia, attualmente è impossibile produrre circuiti stampati multistrato per componenti elettronici più complessi e compatti. Una formula raffinata e, con essa, una pelle micellare ancora più liscia potrebbero rappresentare un punto di svolta: il risultato sarebbero PCB con più strati e montati con componenti molto più piccoli.

Il ciclo si chiude con la dissaldatura e il riciclo dei componenti e con il getto della scheda stessa nel compost. Questo è un vantaggio rispetto ai cosiddetti biopolimeri, che sono realizzati con materie prime rinnovabili come l’amido o le proteine ​​del latte, ma necessitano di un impianto di compostaggio industriale e di temperature elevate. I metalli utilizzati per i percorsi conduttori finiranno nel terreno sotto forma di microparticelle, ma in quantità così piccole da non causare danni all'ambiente.

Immagine: (A) Possibili metodi di funzionalizzazione della pelle del micelio. (B) Formazione di film a doppio strato Cu e Cu-Au sulla pelle del micelio. (C) Immagine SEM colorata di un bordo ablato al laser di uno strato Cu-Au fabbricato mediante PVD (3 nm di Cr, 400 nm di Cu e 50 nm di Au) su una pelle di micelio giovane (lato A). Barra della scala, 20 μm. (D) Conduttività di uno strato PVD-Cu-Au sulla pelle del micelio giovane, medio e maturo, lati A e B. n = 5. NC, non conduttivo. (E) Resistenza normalizzata del micelio giovane ricoperto di Cu-Au durante la flessione ciclica oltre 2000 volte tra raggi di curvatura di 5 e 25 mm. La variazione della resistenza in 1 ciclo (grigio) diminuisce con il numero di cicli, mentre quella massima (blu) aumenta. (F) Resistenza normalizzata dei cicli selezionati di (E) in funzione del raggio di curvatura. (G) Immagine ottica di tracce di Cu-Au su una pelle di micelio giovane dopo il recupero di diverse pieghe dure imposte. Barra della scala, 5 mm. (H) La resistenza normalizzata delle tracce del conduttore aumenta con il numero di pieghe applicate. n = 5. (I) Fotografia di una striscia conduttrice della pelle di micelio giovane con un LED montato sulla superficie rimodellato in un'elica. Barra della scala, 5 mm. / © Università Giovanni Keplero di Linz