Kumaşa işlenebilen bilgisayar çipi: Çin'de saç teli kadar ince fiber çip geliştirildi

Çinli bilim insanları, kumaşa dokunabilen ve sinyalleri kendi içinde işleyebilen esnek, iplik benzeri bir “fiber çip” geliştirdi.

İnsan saçından daha ince tek bir elastik polimer lifin içine entegre edilen bu yeni nesil çip, elektronik sistemlerin sert ve düz silikon yapılardan yumuşak, bükülebilir yüzeylere taşınabileceğini gösteriyor.

Nature dergisinde yayımlanan çalışmada Fudan Üniversitesi’nden araştırmacılar, işleme, bellek ve sinyal iletim yeteneklerini bir araya getiren işlevsel bir entegre devreyi, tek bir elastik polimer fibere başarıyla entegre etti.Xinhua'nın aktardığına göre, araştırmayı yöneten Peng Huisheng, bu yaklaşımın özellikle insan vücuduyla uyumlu elektronik sistemler açısından kritik olduğunu vurguladı.

Peng, insan vücudunun yumuşak dokudan oluştuğunu belirterek, gelecekteki beyin-bilgisayar arayüzleri gibi alanların sert elektroniklerden ziyade esnek ve uyumlu sistemler gerektirdiğini söyledi.

Ekip, aydınlatma, görüntüleme ve enerji iletimi sağlayan işlevsel fiberler üzerinde on yılı aşkın süredir çalışıyor.Araştırmacılara göre asıl zorluk, esneyip bükülebilen yumuşak ve kavisli bir malzeme üzerine karmaşık ve kararlı mikroelektronik devreler inşa etmekti.

Çalışmanın eş yazarı Chen Peining, bu süreci “Yumuşak ve engebeli bir zemine gökdelen inşa edip, onun deformasyona dayanmasını sağlamak” şeklinde tanımladı.“Sushi-roll” yaklaşımıyla mimari çözümEkip, fiberin sınırlı yüzey alanını aşmak için 'sushi roll'dan ilham alan bir mimari geliştirdi.

Ultra hassas devrelerin pürüzlü yüzeylerde üretilememesi sorununu çözmek amacıyla, gerilebilir bir elastomer üzerinde nanometre düzlüğünde, cam benzeri pürüzsüz bir yüzey oluşturuldu.

Bu yüzey üzerinde standart litografi süreçleriyle yüksek hassasiyetli devreler üretildi ve kimyasal çözücülere dayanıklı yoğun bir kaplama ile korundu.

Ardından bu ince film, fiberin içinde sıkı ve çok katmanlı bir spiral şeklinde sarıldı.Araştırmaya göre bu mimari, transistörlerin, dirençlerin ve kapasitörlerin son derece yoğun biçimde entegre edilmesine olanak tanıyor.Kamyonun altında bile çalıştıLaboratuvar testlerinde fiber çip, 10 bin döngü boyunca tekrarlanan bükülme ve aşınmaya karşı dayanıklılık gösterdi.

Ayrıca 15,6 tonluk bir kamyonun uyguladığı basınca da zarar görmeden dayandı.

Fiberin her santimetresine 100 bin transistör sığdırılabildiği, bu sayede tek bir metrelik fiberin, klasik bir bilgisayarın işlemcisi kadar transistör barındırabildiği belirtildi.Bir gösterimde fiber çiplerin hem dijital hem analog sinyalleri işleyebildiği ve görüntü tanıma gibi sinirsel hesaplama görevlerini yüksek doğrulukla yerine getirdiği aktarıldı.

Chen Peining, üretim sürecinin mevcut litografi hatlarıyla uyumlu olduğunu ve teknolojinin doğrudan yüksek hacimli üretime geçebileceğini söyledi.Beyin-bilgisayar arayüzleri ve akıllı giysilerÇalışmaya göre fiber çipler, beyin-bilgisayar arayüzlerinde önemli bir dönüşüm potansiyeli taşıyor.

Günümüzde sert sinir problarının harici işlemcilere bağlı çalıştığına dikkat çekilirken, yumuşak ve biyouyumlu fiber çiplerin vücuda implante edilerek sinir sinyallerini algılayabileceği, ön işleyebileceği ve geri bildirim sağlayabileceği ifade edildi.

Bu yaklaşımın enfeksiyon riskini azaltması ve beyin dokusuyla uyumu artırması bekleniyor.Araştırmada, santimetre başına 1.024 kanallı elektrot dizilerinin, çapı yalnızca 50 mikrometre olan ultra ince fiberlere entegre edilebildiği ve bu yapıların ticari cihazlarla rekabet edebilecek sinyal-gürültü oranı sunduğu belirtildi.Elektronik tekstillerde yeni dönemTüketici elektroniğinde ise fiber çipler, akıllı giyilebilir cihazların temelini oluşturabilir.

Çalışmanın eş baş yazarı Chen Ke, geçmişte elektronik tekstillerin yalnızca basit statik desenler gösterebildiğini, dinamik video ve dokunmatik etkileşim için bilgi işleme modüllerinin zorunlu olduğunu vurguladı.

Bu teknolojiyle entegre edilmiş giysilerin, navigasyon bilgilerini, sağlık verilerini ya da videoları doğrudan kumaş üzerinden görüntüleyebileceği ifade edildi.Sanal ve artırılmış gerçeklik alanında ise fiber çiplerle dokunmuş sensörlü eldivenlerin, hassas ve dağıtılmış dokunsal geri bildirim sağlayabileceği belirtiliyor.

Buna göre uzaktan ameliyat yapan bir cerrah, dokuların sertliğini net biçimde hissedebilirken, oyun kullanıcıları sanal nesneleri daha gerçekçi algılayabilecek.Klinik işbirliği ve uzun vadeli hedefAraştırma ekibi halihazırda fiber çiplerin kardiyovasküler cerrahide kullanımını incelemek üzere bir hastane ile işbirliği yürütüyor.

Chen Peining, uzun vadede fiber çipler üzerine inşa edilen elektronik kumaşların, bugünün telefonları ve bilgisayarları kadar verimli biçimde bilgi alışverişi yapabilmesini hedeflediklerini söyledi.