Микроэлектромеханические системы, более известные как МЭМС, обычно производятся из кремния. Новаторство исследователей ТАУ — докторантов технических наук Леи Энгель и Дженни Шкловски под руководством проф. Йоси Шахам-Диаманд из Школы электротехники и Слава Крылов из Школы машиностроения создают новый процесс микропечати, который позволяет работать с очень гибким и нетоксичным органическим полимером. Полученные в результате компоненты МЭМС можно более комфортно и безопасно использовать в организме человека, и они потребляют меньше энергии.
Улица с двусторонним движением
Как следует из названия, МЭМС соединяют миры электричества и механики.
Они находят множество применений в бытовой электронике, автомобилях и медицине. Датчики MEMS, такие как акселерометр, который ориентирует экран вашего смартфона по вертикали или горизонтали, собирают информацию из своего окружения, преобразовывая движения или химические сигналы в электрические сигналы.
Приводы MEMS, которые могут фокусировать камеру вашего следующего смартфона, работают в другом направлении, выполняя команды, преобразуя электрические сигналы в движение.
Оба типа МЭМС зависят от компонентов микро- и наноразмеров, таких как мембраны, для измерения или создания необходимого движения.
В течение многих лет мембраны MEMS, как и другие компоненты MEMS, в основном изготавливались из кремния с использованием набора процессов, заимствованных из полупроводниковой промышленности. Новый процесс печати TAU, опубликованный в Microelectronic Engineering и представленный на 59-м международном симпозиуме AVS в Тампе, Флорида, дает резиновые, тонкие, как бумага, мембраны, сделанные из особого вида органического полимера. Этот материал обладает особыми свойствами, которые делают его привлекательным для датчиков и исполнительных механизмов микро- и наноуровня. Что еще более важно, полимерные мембраны более подходят для имплантации в организм человека, чем их силиконовые аналоги, что частично связано с тем, что они в сотни раз более гибкие, чем обычные материалы.
Уникальные свойства полимерных мембран открыли беспрецедентные возможности. Их гибкость может помочь сделать датчики MEMS более чувствительными, а двигатели MEMS — более энергоэффективными. Они могут стать ключом к созданию более совершенных камер и смартфонов с более длительным временем автономной работы.
Помогая пациентам
Но процесс печати может стать самым большим потрясением в области медицины, где полимерные мембраны могут быть использованы в таких устройствах, как диагностические тесты и интеллектуальное протезирование. Уже существуют бионические конечности, которые могут реагировать на раздражители нервной системы инвалида и внешней среды, а также протезы мочевого пузыря, регулирующие мочеиспускание у людей, парализованных ниже пояса. Переход на МЭМС с полимерными мембранами может помочь сделать такие протезы более удобными, эффективными и безопасными для использования на теле или внутри него.
«Использование новых мягких материалов в микроустройствах расширяет как воображение, так и пределы технологий, — говорит Энгель, — но внедрение полимерных МЭМС в промышленность может быть реализовано только с развитием технологий печати, которые позволяют производить низкозатратное массовое производство.
Новые полимерные мембраны уже можно производить быстро и недорого.
Полимерная основа для мембран была предоставлена по гранту французского производителя химической продукции Arkema / Piezotech. «Они просто дали нам материал и попросили посмотреть, какие устройства мы можем создать с его помощью», — сообщает Engel. "Это поле похоже на лего для взрослых."
Следующим шагом, по ее словам, будет использование процесса печати для изготовления функциональных датчиков и исполнительных механизмов почти полностью из полимера в микро- и нано-масштабах. Такие гибкие машины можно использовать в таких штуках, как искусственные мышцы и экраны, настолько гибкие, что их можно свернуть и положить в карман.