El diodo de goma estirable abre posibilidades para dispositivos médicos y electrónicos

De izquierda a derecha: Hyunseok Shim, becario postdoctoral en el Departamento de Ingeniería, Ciencias y Mecánica (ESM) de Penn State, Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development, profesora asociada de Ingeniería, Ciencias y Mecánica y profesora asociada de ingeniería biomédica y de ciencia e ingeniería de materiales , y Seonmin Jang, estudiante de doctorado en ESM de Penn State, desarrollaron un diodo estirable completamente gomoso que mantiene el rendimiento. Crédito: Jeff Xu/Penn State. Reservados todos los derechos.

30 de noviembre de 2022

Por Sarah Small

UNIVERSITY PARK, Pa. — Si está leyendo este artículo en su computadora o teléfono, es en parte gracias a los diodos. Los diodos, típicamente componentes eléctricos rígidos que conducen fácilmente la corriente eléctrica en una dirección, se utilizan para una variedad de funciones electrónicas críticas, desde convertir CA a CC y convertir energía de mecánica a eléctrica hasta servir como un componente de interruptor que permite pantallas digitales y más. Los dispositivos electrónicos, como la robótica o los dispositivos médicos, se vuelven más flexibles a medida que avanza la tecnología, por lo que los investigadores de Penn State han desarrollado un diodo estirable completamente gomoso que mantiene el rendimiento.

El equipo publicó sus resultados en Science Advances.

"Todo este diodo está hecho de materiales de goma elásticos; esa estrategia de materiales de goma es la clave", dijo el autor correspondiente Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development, Profesor Asociado de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica y profesor asociado de ingeniería biomédica y de ciencia e ingeniería de materiales. . Su grupo ha desarrollado previamente otros materiales electrónicos gomosos, como los transistores. "Al crear un diodo de goma, hemos enriquecido nuestra biblioteca de electrónica de goma para que podamos acercarnos a la fabricación de circuitos y sistemas eléctricos integrados completamente con materiales de goma".

Los dispositivos más flexibles pueden comportarse más como tejido biológico, lo que permite mejores dispositivos biointegrados, según Yu. Un ejemplo puede ser un dispositivo de parche blando que podría implantarse en el corazón.

"Un latido del corazón generará señales eléctricas", dijo. "Con un diodo de goma, un dispositivo podría convertir CA en CC dentro del cuerpo, lo que actualmente no es posible".

Para lograr tal rendimiento eléctrico mientras se estira mecánicamente, dijo Yu, los investigadores consideraron racionalmente la arquitectura del dispositivo, las estructuras verticales y el diseño. Además de los beneficios para dispositivos médicos más flexibles, el desarrollo también tiene implicaciones para los sistemas de administración de energía en estos dispositivos médicos hacia sistemas autosostenibles.

"La energía extraída de los recolectores siempre debe rectificarse antes de que la energía se almacene para su uso, y es importante en muchos campos emergentes", dijo Yu.

Yu dio el ejemplo cotidiano de las zapatillas de deporte que se iluminan, que contienen un recolector de energía piezoeléctrico para convertir la energía mecánica (un paso) en energía eléctrica para encender los LED. Un circuito rectificador convierte la electricidad de CA recolectada en energía de CC útil.

"Los investigadores y la industria están utilizando diodos convencionales, pero quieren algo que pueda estirarse, como lo que informamos en el documento", dijo. "Estos diodos gomosos abren muchas posibilidades".

Yu dijo que los próximos pasos incluyen optimizar aún más el diodo e integrarlo en sistemas más complejos.

"Buscamos mejorar las arquitecturas y el rendimiento de los diodos y lograr operaciones sin perturbaciones, incluso en grandes extensiones de estiramiento o deformación mecánica", dijo. "Queremos utilizar estos diodos para abordar las necesidades críticas de los dispositivos en diversas aplicaciones emergentes, como la robótica y los dispositivos biomédicos".

Seonmin Jang y Hyunseok Shim, ambos del Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State, también fueron autores de este artículo. La Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencias financiaron esta investigación.

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