Κινέζοι επιστήμονες δημιούργησαν πλήρως εύκαμπτα τσιπ οπτικών ινών με κυκλώματα ενσωματωμένα σε ελαστικά νήματα, τόσο λεπτά όσο η ανθρώπινη τρίχα, σε πυκνότητα που ανταγωνίζεται εκείνη της κεντρικής μονάδας επεξεργασίας ενός οικιακού υπολογιστή.
Οι επιστήμονες έχουν πλέον προχωρήσει σε ηλεκτρονικά συστήματα με βάση τις ίνες, τα οποία ήδη επιτρέπουν λειτουργίες τροφοδοσίας και ανίχνευσης, και έχουν ωθήσει την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υφασμάτων με τη δημιουργία ολοκληρωμένων κυκλωμάτων σε νηματοειδή μορφή. Αυτό καθιστά τις ίνες ικανές να υπολογίζουν όπως τα τσιπ ή να εμφανίζουν πληροφορίες όπως τα τρανζίστορ, επιτρέποντας ουσιαστικά σε ένα ύφασμα που πλένεται στο πλυντήριο να λειτουργεί όπως ένας υπολογιστής ή μια τηλεόραση.
Η πρόοδος δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature την Πέμπτη. Η μελέτη διεξήχθη από τον Peng Huisheng, μέλος της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών στο Πανεπιστήμιο Fudan της Σαγκάης. Η ομάδα ανέπτυξε μια νέα ηλεκτρονική συσκευή που ονομάζεται ολοκληρωμένο κύκλωμα οπτικών ινών (FIC). Αντί να κατασκευάζουν κυκλώματα σε υποστρώματα άκαμπτων επιπέδων, οι ερευνητές δημιούργησαν λειτουργικά κυκλώματα σε ένα ελαστικό υπόστρωμα, το οποίο στη συνέχεια τυλίχτηκε σε μια λεπτή ίνα που έμοιαζε με σπειροειδή έλικα. Αν και τόσο λεπτή όσο μια ανθρώπινη τρίχα, η ίνα επιτυγχάνει πυκνότητα τρανζίστορ 100.000 σε ένα εκατοστό του μέτρου, πληρώντας το βιομηχανικό πρότυπο της παραδοσιακής ολοκλήρωσης πολύ μεγάλης κλίμακας, παραμένοντας παράλληλα πλήρως ευέλικτη.
Σύμφωνα με τον Chen Peining, από το Ινστιτούτο Υλικών και Συσκευών Ινών του Fudan και συγγραφέα υπεύθυνο επικοινωνίας της εργασίας, με την τρέχουσα ακρίβεια φωτολιθογραφίας εργαστηριακής κλίμακας 1 μικρομέτρου, ένα «τσιπ ινών» 1 mm θα μπορούσε να ενσωματώσει δεκάδες χιλιάδες τρανζίστορ, με ικανότητα επεξεργασίας πληροφοριών συγκρίσιμη με αυτή ορισμένων τσιπ ιατρικών εμφυτευμάτων.
«Η επέκταση της οπτικής ίνας στο 1 μέτρο θα μπορούσε να αυξήσει τον αριθμό των τρανζίστορ στο επίπεδο του ενός εκατομμυρίου, πλησιάζοντας την κλίμακα ολοκλήρωσης των κλασικών κεντρικών μονάδων επεξεργασίας υπολογιστών», δήλωσε ο Chen. «Η φωτολιθογραφία σε νανομετρική κλίμακα στο μέλλον θα αύξανε περαιτέρω την πυκνότητα ενσωμάτωσης», πρόσθεσε.
Η ίδια η οπτική ίνα μπορεί να λειτουργήσει ως ένα πλήρες σύστημα μικροϋπολογιστή, επιτυγχάνοντας μια υψηλής ακρίβειας διασύνδεση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων όπως αντιστάσεις, πυκνωτές, διόδους και τρανζίστορ. Η ακρίβεια της φωτολιθογραφίας φτάνει στο υψηλότερο επίπεδο μηχανημάτων φωτολιθογραφίας εργαστηριακής ποιότητας, σύμφωνα με την έκθεση. «Τα FIC μπορούν να επεξεργάζονται τόσο ψηφιακά όσο και αναλογικά σήματα παρόμοια με τα εμπορικά αριθμητικά τσιπ και να εκτελούν νευρωνικούς υπολογισμούς με υψηλή ακρίβεια αναγνώρισης, που αντιστοιχεί στην απόδοση των πιο σύγχρονων επεξεργαστών εικόνας μνήμης», έγραψε η ομάδα.
Οι ερευνητές δήλωσαν ότι τα FIC επέδειξαν εξαιρετική σταθερότητα και ανθεκτικότητα υπό σκληρές συνθήκες που τα αντίστοιχα ογκώδη επίπεδα δυσκολεύονταν να αντέξουν, συμπεριλαμβανομένων 10.000 κύκλων επαναλαμβανόμενης κάμψης και τριβής. «Τα FIC θα μπορούσαν επίσης να τεντωθούν έως και 30%, στρεφόμενα στους 180 βαθμούς ανά εκατοστό, καθώς και να αντέξουν σε περισσότερα από 100 πλύσεις, έκθεση σε θερμότητα που φτάνει τους 100 βαθμούς Κελσίου και ακόμη και συμπίεση κάτω από ένα φορτηγό μεταφοράς εμπορευματοκιβωτίων 15,6 τόνων», πρόσθεσαν.
Με βάση αυτήν την εργασία, η ομάδα πρωτοστάτησε στην ενσωμάτωση λειτουργιών ισχύος, ανίχνευσης, υπολογισμού και απεικόνισης σε ένα ενιαίο, ανεξάρτητο FIC. Αυτό επιτρέπει στα μελλοντικά έξυπνα ρούχα και συσκευές να λειτουργούν χωρίς ογκώδη εξωτερικά τσιπ ή καλώδια. «Πριν από περίπου 10 χρόνια, είχαμε την ιδέα να μετατρέψουμε τα τσιπς σε μαλακές ίνες», ανέφερε ο Peng στην δηλωση του Fudan. «Ακούστηκε ενδιαφέρον, οπότε αρχίσαμε να δουλεύουμε πάνω σε αυτό»
Την τελευταία δεκαετία, η ομάδα έχει δημιουργήσει περισσότερες από 30 κατηγορίες λειτουργικών συσκευών οπτικών ινών, ικανών για παραγωγή και αποθήκευση ενέργειας, εκπομπή φωτός, απεικόνιση και βιοανίχνευση, με τα σχετικά επιτεύγματα να έχουν δημοσιευτεί στο Nature σε άλλα άρθρα.
Τώρα, η ομάδα έχει προκαταρκτικά επιτύχει την επεκτάσιμη κατασκευή τσιπ οπτικών ινών στο εργαστήριο, γεγονός που υποδηλώνει ότι υπάρχει η υποδομή για μαζική παραγωγή. «Αυτό το πλήρως εύκαμπτο σύστημα ινών ανοίγει το δρόμο για τα διαδραστικά μοτίβα που προτιμούνται σε εφαρμογές αιχμής, όπως οι διεπαφές εγκεφάλου – υπολογιστή, τα έξυπνα υφάσματα και οι φορητές συσκευές εικονικής πραγματικότητας», έγραψαν οι ερευνητές. Για τις διεπαφές εγκεφάλου – υπολογιστή, οι επιστήμονες έδειξαν ότι αυτή η τεχνολογία οπτικών ινών θα μπορούσε να ενσωματώσει την ανίχνευση, την επεξεργασία και την διέγερση – συμπεριλαμβανομένης της ενσωματωμένης προεπεξεργασίας σήματος – σε μία μόνο λεπτή σαν τρίχα κλωστή.
Οι συγγραφείς περιέγραψαν το σύστημα ως ενα που ταιριάζει με τη βιοσυμβατότητα και την απαλότητα του εγκεφαλικού ιστού χωρίς να θυσιάζει τη λειτουργική αποτελεσματικότητα των εμπορικών εναλλακτικών λύσεων. Η ιδέα είναι ότι τα τσιπ ινών θα μπορούσαν να μετατρέψουν τα συνηθισμένα ρούχα σε διαδραστικές οθόνες. Για παράδειγμα, η πλοήγηση θα μπορούσε να εμφανίζεται σε ένα μανίκι αντί για μια οθόνη τηλεφώνου ή τα ρούχα γυμναστικής θα μπορούσαν να εμφανίζουν δεδομένα υγείας και βίντεο σε πραγματικό χρόνο.
Στην εικονική πραγματικότητα, τα έξυπνα γάντια αφής που ενσωματώνουν αυτά τα FIC προσφέρουν υψηλή ευελιξία και διαπνοη, ενσωματώνοντας πυκνές συστοιχίες ανίχνευσης και διέγερσης που μπορούν να μιμηθούν ρεαλιστικά την αίσθηση διαφόρων αντικειμένων. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αντίληψη της σκληρότητας των ιστών στην τηλε – χειρουργική ή σε διαδραστικές εμπειρίες με εικονικά αντικείμενα.
Πηγή: South China Morning Post
