Учёные уместили полноценный компьютер в нитке тоньше человеческого волоса
Исследователям из Фуданьского университета в Шанхае (Китай) удалось создать сложные электронные схемы в мельчайших размерах — в гибком волокне, которое тоньше человеческого волоса. Авторы разработки называют своё детище «волоконным чипом», и на его разработку ушло около 10 лет времени.
Назвать очередную разработку из Поднебесной чем-то инновационным нельзя. Уже несколько лет учёные со всего мира работают над внедрением подобных технологий в текстильную отрасль в попытке создать умную одежду. Однако у разработчиков всегда вставал один и тот же вопрос — как уместить микросхемы в микроскопическом пространстве, например, в нитке хлопка. Проблема заключается ещё в том, что обычно электроника имеет плоский вид и не отличается гибкость — всё это никак не вяжется со свойствами любой ткани.
Учёные из Фуданьского университета отошли от традиционного форм-фактора электроники и создали схему в многослойной, спиральной форме, поместив её внутрь ультратонкого волокна. Таким образом на свет появился «волоконный чип» с 10 000 транзисторами — электронными переключателями, управляемыми электрическим током — они уместились всего в 1 мм волокна. Для сравнения, это примерно та же вычислительная мощность, что и у кардиостимулятора. Если увеличить длину нити до 1 метра, в ней можно разместить миллионы подобных транзисторов, обеспечив производительность, сравнимую с обычным персональным компьютером.
Более того, в каждой нитке также размещены резисторы, конденсаторы и диоды, образуя полноценную гибридную систему с замкнутым контуром, способную обрабатывать как цифровые, так и аналоговые сигналы.
«Наш метод изготовления в значительной степени совместим с современными инструментами, используемыми в микросхемной промышленности», — сказал Чен Пейнин, научный сотрудник Института волоконных материалов и устройств Фуданского университета. — «Мы уже разработали способ массового производства этих волоконных чипов».
Эти волокна не только гибкие, но и тонкие — около 50 микрометров (средний диаметр человеческого волоса составляет около 70 микрометров), — что делает их отличными кандидатами не только для одежды, но и для медицинских применений. Как говорится в одном из исследований, волокна гибкие, как ткань мозга — это открывает возможность их использования в качестве биосовместимых неврологических инструментов, например, в умных имплантах.
Разработанная командой учёных волоконно-оптическая технология, над созданием которой они работали более десяти лет, может быть использована для лечения симптомов болезни Паркинсона, эпилепсии и инсульта, а также как один из ключевых компонентов прецизионных датчиков.
Создание подобного прототипа в лаборатории — это одно, но технология, подобная этой, должна быть масштабируемой и долговечной. Поэтому команда провела испытания, имитируя реальные условия эксплуатации и износа. Волокна выдержали более 10 000 циклов изгиба и истирания, растянулись до 30%, легко скручивались и пережили 100 стирок. Они также прошли испытания на термостойкость при температуре 100°C и сжатие, когда на нить воздействовали весом, эквивалентным 15-тонному грузовику.
«Мы надеемся, что однажды электронные устройства, построенные на основе волоконных чипов, будут обмениваться информацией так же эффективно, как сегодняшние телефоны и компьютеры», — высказали надежду авторы проекта.
