"אלקטרוניקה חולפת" חדשה מתמוססת בנוכחות מים, ופותחת מגוון חדש של יישומים אפשריים. תמונה באמצעות מכון בקמן, אוניברסיטת אילינוי ואוניברסיטת טאפטס
עבור רובנו מכשיר אלקטרוני אידיאלי עמיד וארוך טווח. עם זאת, צוות חוקרים בינתחומי, פיתח מחזור חדש של מעגלים שמאלץ אותנו לחשוב מחדש על התפיסה שלנו מה האלקטרוניקה יכולה לעשות בעולם.
ההמצאה שלהם - מעגל אולטרה-אטין צלול מבוסס סיליקון שמתפקד למשך זמן מדויק, שנע בין דקות לשנים ואז מתמוסס לחלוטין במים - עלול להביא להשתלה שגרתית של אלקטרוניקה זעירה בגוף או בסביבה ללא כל צריך לחלץ אותם לאחר השימוש. צוות המחקר, מאוניברסיטת טאפטס, אוניברסיטת נורת'ווסטרן ואוניברסיטת אילינוי, חושף את התקדמותם במאמר שפורסם היום בכתב העת Science . הם מתייחסים לזה ככניסה ראשונית לתחום חדש שנקרא "אלקטרוניקה חולפת".
"האלקטרוניקה האלה נמצאת שם כשצריך אותם, ואחרי שהם שירתו את מטרתם הם נעלמים, " אמר יונגנג הואנג, שהוביל את החלק הצפון-מערבי של הצוות, שהתמקד בתאוריה, בעיצוב ובמודלים. "זהו מושג חדש לחלוטין."
המעגלים בתוך האלקטרוניקה הקונבנציונאלית עשויים מסיליקון, חומר שמתמוסס באופן טבעי במים לאורך זמן אך בקצבים שמשמעותם שמעגל טיפוסי ייקח מאות שנים להיעלם. עם זאת, יריעות הסיליקון המרכיבות את האלקטרוניקה החולפת החדשה הללו הן בעובי של כמה ננומטר בלבד, כך שהן יכולות להתמוסס במשך דקות בהן הן מגיעות במגע עם אפילו נפח זעיר של מים או נוזל גוף. צפה כיצד המעגל מתמוסס (כמעט כמו רענן מרענן נשימה) כשהוא מפוזר מים, 15 שניות בסרטון זה:
עד כה, על ידי הדפסת מעגלים באמצעות מוליכים מסיסים (כמו מגנזיום או תחמוצת מגנזיום) על יריעות הסיליקון האולטראטין, יצרו החוקרים טרנזיסטורים פונקציונליים, דיודות, סלילי כוח אלחוטיים, חיישני טמפרטורה ומתח, פוטו-גלאים, תאים סולאריים, מתנדים לרדיו, אנטנות ו אפילו מצלמות דיגיטליות פשוטות של 64 פיקסלים שמתמוססות לחלוטין.
צוות המחקר מדמיין מגוון יישומים שונים להמצאתם. נכון לעכשיו, המנתחים אינם ששים להטמיע מכשירי ניטור רפואיים (נניח לבדיקת זיהום לאחר הניתוח) בגלל הקושי לחלץ אותם. אך שתל העשוי ממוצרי אלקטרוניקה חולפים שביצע פונקציית אבחון או ניטור למשך זמן מוגדר, ואז מומס בבטחה בגוף, יכול להפוך לדרך שגרתית לרופא לעקוב אחר התקדמות המטופל לאחר הניתוח. מכשירים חולפים אחרים יכולים לפקח על פעילות הטמפרטורה או השרירים, או למסור תרופות באופן פנימי.
אצל חולדות הצוות הדגים בהצלחה שתל שבדק אחר זיהום חיידקי באתר חתך כירורגי ויכול היה למגר אותו באמצעות חימום במידת הצורך. שלושה שבועות לאחר שהושתל נותרו רק עקבות של המעגל בעור העכברוש.
החוקרים השתילו לוח מעגל חולף לעור חולדה כדי לבדוק את הכדאיות בשימוש בטכנולוגיות כגון מכשירי ניטור לאחר הניתוח בבני אדם. תמונה באמצעות מכון בקמן, אוניברסיטת אילינוי ואוניברסיטת טאפטס
בנוסף, ניתן להשתמש במעגלים חולפים במצבי ניטור סביבתי, כגון שימוש בחיישנים אלחוטיים המופעלים לאחר שפיכת נפט למעקב אחר תנאי הקרקע לפני שהם מתמוססים לאחר פרק זמן מוגדר. ניתן להציב מסכים גם על בניינים או כבישים כדי לאתר עיוות מבני הדרגתי לאורך זמן. מעגלים חולפים עשויים אפילו לפלס את דרכם אל האלקטרוניקה הצרכנית - מעגל פנימי של הטלפון יכול אולי להיות מתוכנן להתמוסס בנוכחות נוזל מסוים - כדי להילחם בכמות ההולכת וגוברת של פסולת אלקטרונית המיוצרת כאשר אנו משדרגים לעתים קרובות טלפונים או מכשירים אחרים.
מכיוון שהסיליקון נמצא בשפע באופן טבעי בסביבה והחומר המוליך, מגנזיום, הוא ביו תואם - ומתרחש באופן טבעי בגוף - החוקרים מאמינים כי המעגלים לא יפגעו בבריאותנו או בסביבה כאשר הם יתמוססו. כמובן שנותר לראות אם זה המצב, ובדיקה נוספת הכרחית לפני יישום ההמצאה.
ניתן להשתמש במעגלים חולפים ביישומי ניטור סביבתי, תוך ביטול הצורך בניקוי לאחר מכן. תמונה באמצעות מכון בקמן, אוניברסיטת אילינוי ואוניברסיטת טאפטס
כל אחד מהיישומים השונים הללו ידרוש שיעורי ריקבון שונים. "שתל רפואי שנועד להתמודד עם זיהומים פוטנציאליים כתוצאה מחתכים באתר כירורגית נחוץ רק למשך מספר שבועות. אבל עבור מכשיר אלקטרוני צרכני, היית רוצה שהוא יתקיים לפחות לשנה-שנתיים, "אמר ג'ון רוג'רס, שהוביל את קבוצת אוניברסיטת אילינוי שעבדה על ניסויים ובידוד.
כדי לקבוע כמה זמן מעגל מסתובב, החוקרים מכסים אותו במעילי משי מגנים בעוביים שונים. ככל שהמשי עבה יותר, נדרש זמן רב יותר להתמוסס, ורק אז הסיליקון מתחיל להתפורר. עד שהמשי לא ייעלם, המעגלים יכולים לתפקד כשהם שקועים במים או בנוזל מלח דחוס פוספט, הדומה כימית לנוזלים בגוף האדם.
קבוצת המחקר משכללת בימים אלה את העיצובים שלהם וביצעה יותר בדיקות בבעלי חיים, וכן עובדת עם יצרן מוליכים למחצה כדי לבדוק את הפוטנציאל לייצור בקנה מידה תעשייתי. העובדה שהטכנולוגיה מסתמכת על הדפסת מעגלים על משטח סיליקון - כמו הרוב המכריע של האלקטרוניקה הקיימת - פירושה כי שינויים קלים בתהליך הייצור עשויים להניב מעגלי מעבר פונקציונליים.
"זה מושג חדש, כך שיש המון הזדמנויות, שרבות מהן כנראה שעדיין לא זיהינו, " אמר רוג'רס. "אנחנו מאוד נרגשים. ממצאים אלה פותחים תחומי יישום חדשים לחלוטין. "
