Ilmuwan UChicago merancang elektronik yang dapat direnggangkan, bekerja lebih baik di bawah tekanan

Ilmuwan UChicago merancang elektronik yang dapat direnggangkan, bekerja lebih baik di bawah tekanan


Newswise – CHICAGO – Tubuh kita mengirimkan sejumlah sinyal – bahan kimia, pulsa listrik, shift mekanis – yang dapat memberikan banyak informasi tentang kesehatan kita. Tetapi sensor elektronik yang dapat mendeteksi sinyal-sinyal ini sering kali terbuat dari bahan anorganik yang rapuh yang mencegahnya meregang dan menekuk pada kulit atau di dalam tubuh kita.

Kemajuan teknologi baru-baru ini telah memungkinkan sensor yang dapat direntangkan, tetapi perubahan bentuknya dapat memengaruhi data yang dihasilkan, dan banyak sensor tidak dapat mengumpulkan dan memproses sinyal tubuh yang paling redup.

Desain sensor baru dari Pritzker School of Molecular Engineering (PME) di University of Chicago membantu memecahkan masalah tersebut. Dengan menggabungkan bahan berpola yang mengoptimalkan distribusi regangan di antara transistor, para peneliti telah menciptakan elektronik yang dapat diregangkan yang tidak terlalu terganggu oleh deformasi. Mereka juga menciptakan beberapa elemen sirkuit dengan desain, yang dapat menghasilkan lebih banyak jenis elektronik yang dapat direnggangkan.

Hasilnya dipublikasikan di jurnal Nature Electronics. Asst. Prof Sihong Wang, yang memimpin penelitian, telah menguji rancangannya sebagai alat diagnostik untuk sklerosis lateral amiotrofik, penyakit sistem saraf yang menyebabkan hilangnya kendali otot.

“Kami ingin mengembangkan jenis elektronik baru yang dapat berintegrasi dengan tubuh manusia,” katanya. “Desain baru ini memungkinkan elektronik meregang tanpa mengorbankan data dan pada akhirnya dapat membantu mengarahkan kita ke pendekatan di luar klinik untuk memantau kesehatan kita.”

Untuk mendesain elektronika, peneliti menggunakan konsep distribusi regangan berpola. Saat membuat transistor, mereka menggunakan substrat yang terbuat dari elastomer, polimer elastis. Mereka memvariasikan kepadatan lapisan elastomer, yang berarti beberapa tetap lebih lembut, sementara yang lain lebih kaku namun masih elastis. Lapisan yang lebih kaku – disebut “elastiff” oleh para peneliti – digunakan untuk area elektronik aktif.

Hasilnya adalah susunan transistor yang memiliki kinerja kelistrikan yang hampir sama ketika direntangkan dan ditekuk seperti ketika tidak berbentuk. Faktanya, mereka memiliki variasi kinerja kurang dari 5 persen saat diregangkan dengan ketegangan hingga 100 persen.

Mereka juga menggunakan konsep tersebut untuk merancang dan membuat bagian sirkuit lainnya, termasuk gerbang NOR, osilator cincin, dan amplifier. Gerbang NOR digunakan dalam sirkuit digital, sedangkan osilator cincin digunakan dalam teknologi identifikasi frekuensi radio (RFID). Dengan membuat bagian-bagian ini berhasil merenggang, para peneliti dapat membuat elektronik yang lebih kompleks.

Amplifier yang dapat diregangkan yang mereka kembangkan adalah salah satu sirkuit mirip kulit pertama yang mampu memperkuat sinyal elektrofisiologis yang lemah – hingga beberapa milivolt. Itu penting untuk merasakan sinyal tubuh yang paling lemah, seperti sinyal dari otot.

“Sekarang kami tidak hanya dapat mengumpulkan sinyal, kami juga dapat memproses dan memperkuatnya langsung di kulit,” kata Wang. “Itu adalah langkah yang sangat penting untuk masa depan penginderaan elektrofisiologis, saat kita dapat merasakan sinyal secara terus menerus.”

Wang sudah bekerja sama dengan seorang dokter untuk menguji desainnya sebagai alat diagnosis ALS. Dengan mengukur sinyal dari otot, para peneliti berharap dapat mendiagnosis penyakit dengan lebih baik sekaligus mendapatkan pengetahuan tentang bagaimana penyakit tersebut memengaruhi tubuh.

Mereka juga berharap dapat menguji desain mereka dalam elektronik yang dapat ditanamkan di dalam tubuh dan membuat sensor untuk semua jenis sinyal tubuh.

“Dengan desain yang maju, banyak hal yang sebelumnya tidak mungkin sekarang bisa dilakukan,” kata Wang. “Kami berharap tidak hanya membantu mereka yang membutuhkan, tetapi juga membawa pemantauan kesehatan dari klinik, sehingga pasien dapat memantau sinyal mereka sendiri dalam kehidupan sehari-hari.”

Penulis lain di atas makalah ini termasuk Weichen Wang, Reza Rastak, Simiao Niu, Yuanwen Jiang, Prajwal Kammardi Arunachala, Yu Zheng Jie Xu, Naoji Matsuhisa, Xuzhou Yan, Masashi Miyakawa, Zhitao Zhang, Rui Ning, Amir M. Foudeh, Youngjun Yun, Christian Linder, Jeffrey B.-H. Tok dan Zhenan Bao dari Universitas Stanford; Soon-Ki Kwon dari Universitas Nasional Gyeongsang; dan Yuto Ochiai dari Universitas Yamagata.

Kutipan: “Transistor dan sirkuit yang dapat diregangkan secara intrinsik tidak sensitif terhadap tegangan,” Wang, W., Wang, S., Rastak, R. et al., Nature Electronics. DOI: 10.1038 / s41928-020-00525-1

Pendanaan: Samsung Electronics, National Science Foundation

###

University of Chicago adalah lembaga akademis dan penelitian terkemuka yang telah mendorong cara berpikir baru sejak didirikan pada tahun 1890. Sebagai tujuan intelektual, Universitas menarik cendekiawan dan mahasiswa dari seluruh dunia ke kampus dan pusatnya di seluruh dunia. Universitas menyediakan pengalaman pendidikan dan lingkungan penelitian yang khas, memberdayakan individu untuk menantang pemikiran konvensional dan mengejar penelitian yang menentukan bidang yang menghasilkan pemahaman dan terobosan baru dengan dampak global.


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author