Транзисторный прорыв приближает создание жидких компьютеров к реальности

В качестве шага к созданию нового класса электроники, которая выглядит и ощущается как мягкие, естественные организмы, инженеры-механики из Университета Карнеги-Меллона разрабатывают жидкостный транзистор из металлического сплава индия и галлия, который становится жидким при комнатной температуре.

От биосовместимых мониторов болезней до изменяющих форму роботов потенциальные приложения для таких гибких компьютеров интригуют. До недавнего времени единственным примером жидкой электроники были микропереключатели, состоящие из крошечных стеклянных трубок с ртутным шариком внутри, который замыкает переключатель, когда тот катится между двумя проводами.

По сути, жидкостный транзистор является гораздо более сложным переключателем, который сделан из жидкого металлического сплава, который не токсичен, поэтому его можно вливать в резину для создания мягких растягиваемых цепей.

Отличия от предшественников

В отличие от ртутного переключателя, где наклон флакона закрывает цепь, жидкостный транзистор работает, открывая и закрывая соединение между металлическими каплями, используя направление напряжения. Когда он течет в одном направлении, капли объединяются, и цепь замыкается. Если он течет в другом направлении, капля распадается и цепь размыкается.

Принцип работы

Исследователи Кармел Маджиди и Джеймс Виссман из лаборатории Soft Machines в Карнеги-Меллон говорят, что чередование открывания и закрывания переключателя позволяет имитировать транзистор благодаря явлению капиллярной неустойчивости. Трудная часть вызывала нестабильность, поэтому капли соединяются с двух в одну и обратно. «Мы постоянно видим капиллярную нестабильность», - говорит Маджиди.

«Если вы включите смеситель и скорость потока будет действительно низкой, иногда вы увидите переход от постоянного потока к отдельным каплям. Это называется неустойчивостью Рэлея». Испытав капли в ванне с гидроксидом натрия, инженеры обнаружили, что существует связь между напряжением и электрохимической реакцией, когда напряжение вызывает окисление на поверхности капли, изменяя поверхностное натяжение и вызывая расщепление капли на две части.

Что еще более важно, свойства переключателя действовали как транзистор. «У нас есть эти две капли, аналогичные электродам в полевом транзисторе, и мы можем использовать этот программируемый эффект формы, чтобы размыкать и замыкать цепь», - говорит Маджиди. «В конечном итоге вы можете использовать этот эффект для создания этих физически реконфигурируемых схем».

Исследователи говорят, что новый жидкостный транзистор открывает перспективы для миниатюрных жидкостных компьютеров, которые являются биосовместимыми и могут напрямую взаимодействовать с тканями организма, чтобы выполнять функции наблюдателей за заболеваниями или помочь пациентам, перенесшим инсульт, восстановить функции мозга. Кроме того, жидкостные контуры могут позволить реконфигурировать материалы для изменения их функций или обхода поврежденных участков.

«Это может быть структура, которая претерпевает некоторые очень большие физические деформации, например, летающий анкор, имитирующий свойства птицы», - говорит Маджиди. «Когда он расправляет крылья, вы хотите, чтобы схемы на крыльях также деформировались и перестраивались, чтобы они оставались работоспособными или поддерживали какой-то новый вид электрической функциональности."