Il diodo in gomma estensibile apre possibilità per dispositivi medici ed elettronici

Da sinistra a destra: Hyunseok Shim, studioso post-dottorato presso il Penn State Department of Engineering Science and Mechanics (ESM), Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics e professore associato di ingegneria biomedica e di scienza e ingegneria dei materiali e Seonmin Jang, dottorando della Penn State in ESM, hanno sviluppato un diodo estensibile completamente gommoso che mantiene le prestazioni. Credito: Jeff Xu/Penn State. Tutti i diritti riservati.

30 novembre 2022

Di Sarah Piccolo

UNIVERSITY PARK, Pennsylvania — Se stai leggendo questo articolo sul tuo computer o telefono, è in parte grazie ai diodi. I diodi, tipicamente componenti elettrici rigidi che conducono facilmente la corrente elettrica in una direzione, vengono utilizzati per una varietà di funzioni elettroniche critiche, dalla conversione di corrente alternata a corrente continua e la conversione di energia da meccanica a elettrica fino alla funzione di componente interruttore che consente display digitali e altro ancora. I dispositivi elettronici, come la robotica o i dispositivi medici, stanno diventando più flessibili con l'avanzare della tecnologia, quindi i ricercatori della Penn State hanno sviluppato un diodo estensibile completamente gommoso che mantiene le prestazioni.

Il team ha pubblicato i risultati su Science Advances.

"Questo diodo è tutto realizzato con materiali in gomma elastica: la chiave è la strategia dei materiali in gomma", ha affermato l'autore corrispondente Cunjiang Yu, professore associato di ingegneria e meccanica per lo sviluppo della carriera di Dorothy Quiggle e professore associato di ingegneria biomedica e di scienza e ingegneria dei materiali. . Il suo gruppo ha già sviluppato altri materiali elettronici gommosi, come i transistor. "Creando un diodo gommoso, abbiamo arricchito la nostra libreria di componenti elettronici gommosi in modo da poterci avvicinare alla realizzazione di circuiti e sistemi elettrici integrati completamente realizzati con materiali gommosi."

Secondo Yu, dispositivi più flessibili possono comportarsi più come un tessuto biologico, consentendo dispositivi biointegrati migliori. Un esempio potrebbe essere un dispositivo soft patch che potrebbe essere impiantato nel cuore.

"Il battito del cuore genererà segnali elettrici", ha detto. "Con un diodo gommoso, un dispositivo potrebbe convertire la corrente alternata in corrente continua all'interno del corpo, cosa che attualmente non è possibile."

Per ottenere tali prestazioni elettriche durante l'allungamento meccanico, ha detto Yu, i ricercatori hanno considerato razionalmente l'architettura del dispositivo, le strutture verticali e il layout. Oltre ai vantaggi per i dispositivi medici più flessibili, lo sviluppo ha anche implicazioni per i sistemi di gestione dell’energia in questi dispositivi medici verso sistemi autosostenibili.

"L'energia recuperata dalle mietitrici deve sempre essere rettificata prima che l'energia venga immagazzinata per l'uso - ed è importante in molti campi emergenti", ha detto Yu.

Yu ha fornito l’esempio quotidiano delle scarpe da ginnastica luminose, che contengono un raccoglitore di energia piezoelettrico per convertire l’energia meccanica – un passo – in energia elettrica per accendere i LED. Un circuito raddrizzatore converte l'elettricità CA raccolta in energia CC utile.

"I ricercatori e l'industria utilizzano diodi convenzionali, ma vogliono qualcosa che possa essere allungato, come quello che riportiamo nel documento", ha detto. "Tali diodi gommosi aprono molte possibilità."

Yu ha affermato che i prossimi passi includono l’ulteriore ottimizzazione del diodo e la sua integrazione in sistemi più complessi.

"Stiamo cercando di migliorare le architetture e le prestazioni dei diodi e di ottenere operazioni senza perturbazioni anche in caso di allungamento o deformazione meccanica molto ampia", ha affermato. "Vogliamo utilizzare questi diodi per soddisfare le esigenze critiche dei dispositivi in ​​varie applicazioni emergenti come la robotica e i dispositivi biomedici".

Anche Seonmin Jang e Hyunseok Shim, entrambi del Dipartimento di Ingegneria e Meccanica della Penn State, sono stati autori di questo articolo. L'Office of Naval Research e la National Science Foundation hanno finanziato questa ricerca.

Facoltà di Ingegneria delle Relazioni con i Media

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