انقلابی در مواد نرم: Rubber CMOS برای عصر رباتیک و پوشیدنی‌های هوشمند

به گفته hackster

اولین الکترونیک «CMOS لاستیکی» می‌تواند آینده‌ای بسیار انعطاف‌پذیرتر رقم بزند

پژوهشگرانی از University of Houston، King Abdullah University of Science and Technology، Ulsan National Institute of Science and Technology، Pusan National University، Pennsylvania State University، University of Illinois Urbana-Champaign و Southeast University اعلام کرده‌اند نخستین دستگاه الکترونیکی کشسانِ شبیه‌لاستیک را ساخته‌اند که همان کارکرد «نیمه‌هادی اکسید فلز مکمل» (CMOS) مرسوم را ارائه می‌دهد؛ با چشم‌انداز استفاده در ربات‌های نرم، کاشتنی‌های پزشکی و پوشیدنی‌ها.

به گفته سرپرست پروژه و نویسنده ارشد، Cunjiang Yu: «تا امروز عمدتاً مواد نوع p که حامل‌های مثبت را جابه‌جا می‌کنند نشان داده شده بود. ما هرگز رفتار واقعی CMOS را در الکترونیک لاستیکی نشان نداده بودیم. در الکترونیک لاستیکی از فلز، اکسید یا نیمه‌هادی‌های متعارف استفاده نمی‌کنید. هنوز با یک ترانزیستور طرفیم، اما بر مواد MOS مرسوم تکیه ندارد.»

فناوری CMOS هسته همه‌چیز از سرورهای پرفورمنس تا ساعت‌های دیجیتال است، اما مواد مبتنی بر اکسید فلز آن سفت و غیرقابل‌انعطاف‌اند. در نقطه مقابل، «الکترونیک لاستیکی» نرم و کشسان است، اما تا کنون نه به کشسانی لاستیک واقعی رسیده بود و نه به کارایی قطعات CMOS؛ تا همین حالا.

تمرکز این کار روی ساخت «مدارهای مکمل کاملاً کشسان» است که ترانزیستورهای الاستیک نوع p (p-type) و نوع n (n-type) را کنار هم می‌نشانند. بنا بر گزارش تیم، این ترانزیستورهای نرم حتی با کشش تا 50% هم پایداری الکتریکی خود را حفظ کردند — و گیت‌های منطق دیجیتال ساخته‌شده با همین ترانزیستورها زیر کرنش مکانیکی شدید نیز به کار خود ادامه دادند.

تا پیش از این ترانزیستورهای نرم نوع p ساخته شده بودند، اما این نخستین ترانزیستورهای نرم نوع n پایدار است که با موفقیت آزموده شده‌اند.

• نخستین نمایش رفتار واقعی CMOS در بستر الکترونیک لاستیکی.
• ساخت هر دو ترانزیستور نرم نوع p و نوع n و ادغام آن‌ها در مدارهای مکمل.
• حفظ عملکرد الکتریکی پایدار تا کشش 50% و تداوم اجرای منطق دیجیتال زیر کرنش.
• ساخت نمونۀ «پوست حسی» پوشیدنی برای اثبات مفهوم.

برای اثبات مفهوم، پژوهشگران یک «پوست حسی» ساختند — پوشیدنی‌ای که به پوست می‌چسبد، با فرم بدن سازگار می‌شود و توانمندی‌های حسگری ارائه می‌کند. Yu درباره پتانسیل‌های بعدی این فناوری می‌گوید: «رباتیک نرم و واسط‌های انسان–ماشین گام‌های طبیعی بعدی هستند. تصور کنید یک دستکش پوشیدنی از مدارهای یکپارچه که هم حس کند و هم پردازش را مستقیماً در خود دستکش انجام دهد!»

جزئیات این دستاورد به‌صورت دسترسی‌آزاد در مجلۀ Science Advances منتشر شده است.