A folyékony tranzisztorok elhozhatják a folyékony számítástechnika korát

A tranzisztorok olyan parányi elektromos kapcsolók, amik feldolgozzák a jeleket és adatokat, minden elektromos eszköz ‘agyát’ látják el – laptopoktól okostelefonokon át egészen a digitális termosztátokig. Ahogy a méretűk egyre csökken, a számítógépek is egyre kisebbé, erőteljesebbé és elterjedtebbé válnak. Azonban ha ember barát, természetes élőlények puhaságát visszaadó gépeket szeretnénk építeni, túl kell tekintenünk a jelenleg használt merev anyagokon.

Carmel Majidi és James Wissman, a Carnegie Mellon Egyetem Puha Gépek Laborjának gépészmérnökei, új megoldásokat kerestek arra, hogy olyan elektronikát hozzanak létre ami nemcsak digitálisan funkcionális, hanem puha és könnyen formázható. Ahelyett, hogy az áramköröket merev fémekből – mint a réz vagy az ezüst – készítenék a kutatók különleges szobahőmérsékleten folyékony fémötvözetet vizsgáltak. Ez az ötvözet egy nem mérgező alternatívát jelent a higannyal szemben, amit műanyagba oltva olyan áramköröket kaptak, amik olyan puhák és rugalmasak mint az emberi bőr.

A csapat Michael Dickey, az Észak Karolina Állami Egyetem kutatójával karöltve felfedezték, hogy a folyékony fémeken alapuló elektronikát nemcsak a kinyújtható áramköröknél, hanem elektromos kapcsolóknál is fel lehet használni. Ezek a folyékony tranzisztorok úgy működnek, hogy megnyitják vagy lezárják két fém csepp között a kapcsolatot. Amikor a feszültség esik az egyik oldalon a cseppek egymás felé mozognak, ezzel egy hidat hozva létre az elektromosság vezetésére. Amikor a feszültséget adnak egy másik iránynak a cseppek spontán széttörnek ezzel nyitva a kapcsolót. Azzal, hogy gyorsan váltogatták a kapcsoló nyitott és zárt állapotát, mindössze egy kis feszültség segítségével, a kutatóknak sikerült leutánozni a hagyományos tranzisztorok tulajdonságait.

A csapat ezt az eredményt a kapilláris instabilitás kihasználásával érte el.

“Mi mindig kapilláris instabilitást látunk,” mondta Majidi.“Ha megnyitunk egy csapot és a folyási sebesség nagyon lassú, néha megtapasztalhatjuk az átmenetet, amikor a víz folyása különálló cseppeké bomlik. Ezt nevezik Rayleigh instabilitásnak.”

A kutatóknak módot kellet találniuk arra, hogy ezt az instabilitást a folyékony fémeknél is előidézzék úgy, hogy az egy és két csepp közötti átmenet észrevehetetlen legyen. Egy sornyi kísérlet után, amiknél nátrium-hidroxid fürdőket használtak, a kutatók rájöttek, hogy az instabilitást a felhasznált feszültség és elektro-kémiai reakciók kapcsolata hajtja előre. Ez a kapcsolat egy átmenetet képez a cseppek felületének oxidációjában, ami így egy átmenetet képez a cseppek felületi feszültségében is, ami végül a két csepp elválásához vezet.

A csapat ezt folyékony fém tranzisztornak nevezi, mivel ugyanazokkal az áramköri tulajdonságokkal rendelkezik mint a hagyományos áramköri tranzisztorok.

Az ilyen programozható anyagok felhasználása végtelen. Ha egy anyag programozható a mérete változtatására, akkor az valószínüleg a funkciójának megváltoztatására is képes a konfigurációjától függően vagy éppen arra is felhasználható lehet hogy csökkentse az őt ért hatást extrém körülmények között.

“Hasznos lehet egy olyan szerkezetben például, ami éppen egy hatalmas fizikai alakváltozáson megy át, mint egy repülő robot, ami a madarak tulajdonságait igyekszik másolni,” mondta Majidi. “Amikor széttárja szárnyait, akkor azt akarjuk, hogy a szárnyak áramkörei is átalakuljanak és rekonfigurálódjanak, így megőrizve működésüket vagy támogatva valamilyen új elektromos funkciót.”

Más felhasználási terület lehetnek a folyékony számítógépek. Gondoljunk olyan miniatürizált számítógépekre, amik biológiai anyagokkal lépnek kapcsolatba, hogy monitorozzák a szervezetben a betegségeket vagy éppen visszaállítsák az agyműködést egy agyvérzést követően. Ma még ez sci-finek hangozhat, azonban egy nap a folyékony számítógépek olyan elterjedtté válhatnak mint ma a laptoppok.

Forrás: onlinelibrary.wiley.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.