Eletrônica

Circuito impresso elástico é flexível na forma e na função

Circuito impresso elástico é flexível na forma e na função
Parece uma placa de circuito impresso comum (em cima). Mas ela tem seus truques (embaixo). [Imagem: Zhenlong Huang]

Circuito eletrônico flexível

O que à primeira vista parece ser uma placa de circuito impressa comum mostra todos os seus talentos assim que você, por algum motivo, tenta dobrá-la ou torcê-la.

Fabricada por uma superposição de camadas de materiais elétricos e eletrônicos flexíveis, este é um dos primeiros circuitos eletrônicos 3D elásticos e flexíveis - em contraposição aos circuitos "2D" da eletrônica orgânica, que tipicamente consistem em circuitos muito finos, montados sobre películas de plástico.

Como prova de conceito, Zhenlong Huang, da Universidade da Califórnia em San Diego, construiu uma bandagem inteligente, que pode ser colocada em diferentes partes do corpo para monitorar diferentes sinais elétricos e transmiti-los por conexão sem fios.

Quando usado no peito ou no estômago, o circuito registra sinais cardíacos como um eletrocardiograma; na testa, ele registra sinais cerebrais, funcionando como um minissensor de eletroencefalograma; ao lado da cabeça, registra os movimentos do globo ocular; no antebraço, o circuito registra a atividade muscular; e por aí vai, incluindo monitorar a respiração, a temperatura da pele e o movimento do corpo.

O circuito também pode ser usado para controlar remotamente um braço robótico.

"Não tínhamos em mente um uso final específico para todas essas funções combinadas, mas o ponto é que podemos integrar todas essas diferentes capacidades de sensoriamento na mesma pequena bandagem," disse Huang.

Circuito impresso elástico é flexível na forma e na função
O protótipo tem quatro camadas, mas circuitos mais complexos poderão ter muitas mais. [Imagem: Zhenlong Huang]

Eletrônica que estica

O protótipo consiste em quatro camadas de placas de circuitos flexíveis e extensíveis interconectadas.

Cada camada é construída sobre um substrato de elastômero de silicone modelado com o que é conhecido como projeto de "ilha-ponte". Cada "ilha" é uma parte eletrônica pequena e rígida (sensor, antena, chip Bluetooth, amplificador, acelerômetro, resistor, capacitor, indutor etc.) que está conectada ao elastômero. As ilhas são conectadas por "pontes" elásticas feitas de finos fios de cobre em forma de mola, permitindo que os circuitos se estiquem, dobrem e girem sem comprometer a função eletrônica.

O grande desafio, como na eletrônica convencional, é interconectar as diversas camadas - placas de circuito impresso tradicionais podem chegar facilmente a 50 camadas. Para construir as VIAs (sigla em inglês para acessos de interconexão verticais) flexíveis, Huang fez os furos usando um laser e os preencheu com um condutor flexível.

O protótipo consome 35,6 miliwatts e se comunica com um celular ou notebook a até 10 metros de distância. A única deficiência é a durabilidade dos materiais elastoméricos utilizados, que fazem com que o circuito perca rendimento e "esticabilidade" em menos de um ano. A equipe está fazendo parcerias com a indústria para tentar encontrar materiais mais duráveis.

Bibliografia:

Three-Dimensional Integrated Stretchable Electronics
Zhenlong Huang, Yifei Hao, Yang Li, Hongjie Hu, Chonghe Wang, Akihiro Nomoto, Taisong Pan, Yue Gu, Yimu Chen, Tianjiao Zhang, Weixin Li, Yusheng Lei, NamHeon Kim, Chunfeng Wang, Lin Zhang, Jeremy W. Ward, Ayden Maralani, Xiaoshi Li, Michael F. Durstock, Albert Pisano, Yuan Lin, Sheng Xu
Nature Electronics
Vol.: 1, pages 473-480
DOI: 10.1038/s41928-018-0116-y




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