신축성 센서 소재, 변형 하에서 전자제품 성능 향상

우리 몸은 화학물질, 전기 펄스, 기계적 변화 등 수많은 신호를 내보냅니다. 이는 우리 건강에 대한 풍부한 정보를 제공할 수 있습니다. 하지만 이러한 신호를 감지할 수 있는 전자 센서는 종종 신축성과 구부림을 방해하는 부서지기 쉬운 무기물로 만들어집니다. 최근 발전으로 신축성 센서가 가능해졌지만, 모양 변화가 생성 데이터에 영향을 미칠 수 있고 많은 센서가 신체에서 가장 미약한 신호를 수집하고 처리할 수 없습니다.

새로운 센서 설계는 트랜지스터 사이의 응력 분포를 최적화하는 패턴화된 소재를 통합하여 변형에 의해 덜 손상되는 신축성 전자제품을 만듭니다. 연구자들은 이 설계로 여러 회로 요소도 만들었으며, 이는 훨씬 더 많은 유형의 신축성 전자제품으로 이어질 수 있습니다.

전자제품을 설계하기 위해 연구자들은 패턴화된 응력 분배 개념을 사용했습니다. 트랜지스터를 만들 때 탄성 중합체인 엘라스토머로 만든 기판을 사용했습니다. 엘라스토머 층의 밀도를 다양하게 하여 일부는 더 부드럽게, 다른 일부는 여전히 탄력 있으면서 더 단단하게 만들었습니다. 더 단단한 층(연구자들이 '일라스티프(elastiff)'라고 명명)은 활성 전자 영역에 사용되었습니다.

결과적으로 트랜지스터 어레이는 늘어지고 구부러졌을 때 변형되지 않았을 때와 거의 동일한 전기적 성능을 보였습니다. 실제로 100% 응력까지 늘렸을 때 성능 변동이 5% 미만이었습니다. 팀은 이 개념을 사용하여 NOR 게이트, 링 오실레이터, 증폭기 등 다른 회로 부품도 설계하고 제작했습니다. NOR 게이트는 디지털 회로에 사용되며, 링 오실레이터는 RFID(무선 주파수 식별) 기술에 사용됩니다. 이 부품들을 성공적으로 신축 가능하게 만듦으로써 연구자들은 훨씬 더 복잡한 전자제품을 만들 수 있게 되었습니다.

그들이 개발한 신축성 증폭기는 피부 같은 회로 중 최초로 근전도 신호 같은 약한 전기생리학적 신호(수 밀리볼트까지)를 증폭할 수 있는 것입니다. 이는 근육 같은 신체에서 가장 약한 신호를 감지하는 데 중요합니다. 신호는 피부에서 직접 처리되고 증폭될 수 있습니다.

이 설계는 ALS 진단 도구로 평가되고 있습니다. 근육 신호를 측정함으로써 연구자들은 질병을 더 잘 진단하고 질병이 신체에 미치는 영향을 이해하기를 희망합니다. 또한 체내 이식 가능한 전자제품에 설계를 테스트하고 모든 종류의 신체 신호를 위한 센서를 만들기를 희망합니다.