Инженеры Университета Тафтса создали гибкую электронику, которая выглядит и ведёт себя почти как обычные нити. Такие «ниткоподобные» интегральные схемы могут сгибаться, растягиваться, скручиваться и точно повторять контуры тела. Их можно вшить в одежду, обернуть вокруг сустава или даже использовать как хирургические швы.
Цель разработки — сделать носимые медицинские мониторы максимально незаметными и комфортными. В отличие от жёстких умных часов или накладных пластырей, эти устройства почти не ощущаются и двигаются вместе с человеком.
Как устроена нитчатая электроника
Каждый элемент схемы — транзисторы, датчики, резисторы — выполнен в форме тонкой нити. Основой служат нити, покрытые золотом. К ним крепятся крошечные гибкие транзисторы, в которых проводящий полимерный материал соединяет участки золотого покрытия. Ток через транзистор включается и выключается с помощью управляющего «затвора» — почти как вода в кране.
Ключевым материалом стал эвтектогель. Эта мягкая и стабильная гелеобразная субстанция создаёт крошечный зазор (менее миллиметра) между концами нитей, в котором происходит управление потоком электронов. В отличие от обычных гидрогелей, эвтектогель не высыхает, остаётся мягким и совместим с контактом кожи или тканей тела. Более того, он обладает способностью к самовосстановлению: если гель повредить, достаточно соединить части и слегка нагреть — электрические и механические свойства возвращаются.
Важное преимущество технологии — простота изготовления. Классические интегральные схемы требуют чистых комнат и сложных фотолитографических процессов. Нитчатые устройства можно производить без высокотемпературной обработки и специального оборудования, что делает их совместимыми с мягкими полимерами и текстильными материалами.
Что уже удалось показать
Исследователи продемонстрировали схемы, способные усиливать слабые сигналы от датчиков. В качестве доказательства концепции они создали устройство, которое крепится у виска и отслеживает моргание, а также датчик возле диафрагмы, регистрирующий изменения дыхания.
По словам профессора Самира Сонкусале (Sameer Sonkusale), переход от плоских пластырей к свободным нитям открывает путь к биоэлектронике, которая больше похожа на волокна, чем на привычное «железо». Такие устройства могут быть мягкими, растяжимыми и повторять форму тела, а не заставлять тело подстраиваться под гаджет. В перспективе их даже можно будет использовать как швы, чтобы наблюдать за процессами заживления ран изнутри.
Возможные применения
Помимо повседневного мониторинга здоровья, технология может пригодиться для отслеживания заживления ран, оценки риска падений у пожилых людей, контроля дыхания у младенцев и выявления ранних признаков когнитивных нарушений по изменениям движений. В сочетании с алгоритмами искусственного интеллекта данные с таких датчиков способны давать полезную информацию для фитнеса, медицинской диагностики и восстановления после травм или болезней.
Пока разработка находится на ранней стадии. Ведущий автор исследования Вэньсинь Цзэн (Wenxin Zeng) отмечает, что команда планирует повысить скорость и точность изготовления, а также научить нитчатые схемы выполнять более сложные функции.
Если технология будет развиваться, носимые медицинские устройства смогут стать по-настоящему незаметной частью одежды или даже тела — мягкими, комфортными и почти незаметными в повседневной жизни.
