Китайские учёные разработали метод печати электронных схем на 3D-поверхностях

Исследователи из Тяньцзиньского университета разработали быстрый и недорогой метод печати высокопроизводительных электронных схем непосредственно на сложные трёхмерные поверхности. Этот прорыв может ускорить разработку роботизированной «электронной кожи» и носимых устройств следующего поколения.

Технология позволяет электронным схемам плотно прилипать к неровным формам, таким как манипуляторы роботов, аэродинамические поверхности и даже пальцы. Это знаменует собой серьёзный прогресс в области гибкой электроники, которая занимается созданием устройств, способных изгибаться и адаптироваться к поверхностям, сохраняя стабильную работу.

Цзян Чэнцзе, ведущий исследователь, отметил, что производство высокопроизводительных схем на неплоских поверхностях долгое время было серьёзной проблемой. Плохое сцепление и ограниченный контроль над точностью схем часто приводят к разрывам или нестабильности сигнала, сдерживая инновации как в дизайне устройств, так и в их функциональности.

Для решения этих задач исследовательская группа инновационно использовала коммерчески доступные термопластичные плёнки, которые сжимаются при нагревании и могут плотно оборачиваться вокруг объектов произвольной формы. Однако выяснилось, что обычные металлические проводники склонны к разрыву при сжатии плёнки из-за недостаточной пластичности.

Чтобы решить эту проблему, команда разработала полужидкий металлический материал с высокой электропроводностью и хорошей текучестью, а также использовала собственную технологию печати, чтобы «нарисовать» схему на плоской плёнке.

Предварительный расчёт деформации с помощью технологии моделирования позволяет плоским схемам быстро адаптироваться к 3D-поверхностям, как и было задумано, после обработки тёплой водой или горячим воздухом при температуре около 70°C. Весь процесс занимает всего пять секунд, а схемы демонстрируют отличную механическую прочность. Эксперименты показали, что их электропроводность остаётся стабильной даже после 5000 изгибов или скручиваний.

Технология уже продемонстрировала большой потенциал для применения. В области воплощённого интеллекта исследователи разработали настраиваемые массивы тактильных сенсоров для манипуляторов и «голов» роботов, эффективно наделив их чувствительной электронной кожей. Они также создали интеллектуальную перчатку, объединяющую датчики давления и температуры, что позволило роботам идентифицировать объекты на ощупь с точностью до 97%.

Помимо робототехники, этот подход перспективен для умного сельского хозяйства, аэрокосмической отрасли и здравоохранения, включая мониторинг температуры и влажности, защиту от обледенения крыльев самолётов и носимые медицинские датчики. Метод также показал надёжное сцепление со сложными поверхностями, такими как политетрафторэтилен (тефлон), влажное дерево и грубая штукатурка.