Αμερικανοί και Ιάπωνες ερευνητές είναι έτοιμοι να κάνουν τις ηλεκτρονικές συσκευές ακόμη πιο ευέλικτες. Με τη βοήθεια νανοσωλήνων άνθρακα, κοίλων μικροτσίπ και διαφόρων ειδικών τεχνικών, έχουν καταφέρει να κατασκευάσουν κυκλώματα και εξαρτήματα τα οποία μπορούν να λυγίζουν και να τεντώνονται χωρίς να εμποδίζεται η λειτουργία τους. Τα «ευέλικτα ηλεκτρονικά» δίνουν τη δυνατότητα να φτάσει η υπολογιστική ισχύς εκεί όπου μέχρι σήμερα θεωρούνταν δύσκολο ή αδύνατο. Συσκευές για παρακολούθηση της υγείας μας θα βρίσκονται σε μόνιμη επαφή με το σώμα μας και τα ρούχα θα μπορούν να ενσωματώνουν διάφορες λειτουργίες. Σε λίγα μόλις χρόνια, ένα αντιανεμικό μπουφάν θα διαθέτει ενσωματωμένο MP3-player και κινητό τηλέφωνο.

Αυτές οι καινοτομίες δεν προορίζονται μόνο για ανθρώπους. Ακόμη και τα ρομπότ θα μπορούν στο εξής να «χρησιμοποιούν» τέτοια τεχνολογία, με τη μορφή συνθετικού «δέρματος» πάνω στο σκληρό μεταλλικό σκελετό τους. Τα εύκαμπτα κυκλώματα των ρομπότ θα εξοπλιστούν κατόπιν με αισθητήρες παραμόρφωσης, οι οποίοι θα προσφέρουν στη μηχανή μνήμη αφής.
Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον καθηγητή Takao Someya από το Πανεπιστήμιο του Τόκυο κατασκεύασε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, που μπορεί να κάμπτεται και να τεντώνεται χωρίς να χάνει τις ιδιότητές του. Εύκαμπτες ηλεκτρονικές συσκευές υπήρχαν και παλιότερα, ωστόσο δεν υπήρχαν ελαστικά κυκλώματα, τα οποία είναι απαραίτητα σε ό,τι αφορά την προσαρμογή τέτοιων συσκευών σε αντικείμενα με καμπύλες μορφές.

Αυξάνεται η αγωγιμότητα
Το κλειδί για τα ελαστικά κυκλώματα είναι ένας συνδυασμός νανοσωλήνων άνθρακα και μαλακού πλαστικού. Για να φτάσουν σε αυτό το αποτέλεσμα, οι ερευνητές τοποθέτησαν πρώτα νανοσωλήνες με μήκος μερικών χιλιοστών σε ένα ιονισμένο υγρό. Έτσι προέκυψε μια μαύρη πάστα άνθρακα, στην οποία προσέθεσαν μια ρευστή μάζα πλαστικού και μετά έχυσαν το έτοιμο ζελέ σε καλούπι και το άφησαν να στεγνώσει. Το αποτέλεσμα ήταν ένα εύκαμπτο πλαστικό, το οποίο έχει τουλάχιστον εκατονταπλάσια αγωγιμότητα από οποιοδήποτε παλιότερο αγώγιμο πλαστικό υλικό. Ωστόσο, με ηλεκτρική αγωγιμότητα της τάξης των 57 siemens/cm, είναι ακόμη 10.000 φορές λιγότερο αγώγιμο από το χαλκό.
Το μυστικό πίσω από αυτή την εντυπωσιακή ανακάλυψη είναι ότι οι νανοσωλήνες τοποθετούνται προτού χυθεί το πλαστικό. Αυτό προσφέρει πιο ομαλή κατανομή και, ως εκ τούτου, καλύτερες δυνατότητες για να αποκτήσει το «κύκλωμα» επαρκή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε παλιότερα πειράματα, οι ερευνητές είχαν προσθέσει στο πλαστικό μια ποσότητα κανονικών νανοσωλήνων, με μέγεθος που μετριέται σε μικρόμετρα, αλλά δεν κατάφεραν να επιτύχουν τόσο υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα.

Η μεμβράνη νανοσωλήνων στο ευλύγιστο τυπωμένο κύκλωμα είναι μεν εύκαμπτη, αλλά δεν είναι ιδιαίτερα ελαστική. Αυτό λύνεται εύκολα, με τη δημιουργία οπών στη χυτή, αγώγιμη μεμβράνη· έτσι, δημιουργείται ένα δίχτυ αντί για μια συμπαγή επιφάνεια. Το δίχτυ μπορεί να τεντωθεί ή να πιεστεί κατά το ένα τρίτο - σε μήκος -, χωρίς να επηρεαστεί σχεδόν καθόλου η αγωγιμότητά του.
Βέβαια, είναι άλλο πράγμα να κατασκευάζει κανείς ένα πρωτότυπο στο εργαστήριο και άλλο να μετατρέπει το αποτέλεσμα σε ένα προϊόν που θα διατεθεί στην αγορά - ως προς αυτό όμως, η δουλειά που έγινε στο Τόκυο φαίνεται ελπιδοφόρος. Η ερευνητική ομάδα τού Someya υποστηρίζει ότι σε ένα μόνο συγκρότημα μπορούν να κατασκευάζουν ετησίως δέκα τόνους νανοσωλήνων πολύ μεγάλου μήκους.
Τι γίνεται όμως με τα εξαρτήματα; Και αυτά πρέπει να είναι εξίσου ελαστικά με τα κυκλώματα. Η πρόοδος που συντελείται είναι εντυπωσιακή και σε αυτό τον τομέα. Μια ερευνητική ομάδα από τις ΗΠΑ και τη Σιγκαπούρη κατάφερε να παρουσιάσει αναδιπλούμενα, ελαστικά ολοκληρωμένα κυκλώματα. Μέχρι τώρα, έχουν κατασκευαστεί θύρες, ταλαντωτές και διαφορικοί ενισχυτές - με αυτό το υλικό ανοίγει ο δρόμος της ανάπτυξης πιο προηγμένων κυκλωμάτων.
Τα εξαρτήματα κατασκευάζονται με μια τεχνική εκτύπωσης, που μοιάζει με αυτή που χρησιμοποιείται στην κατασκευή κανονικών μικροτσίπ, με τη διαφορά ότι τα επιμέρους στρώματα τυπώνονται πάνω σε ένα λεπτό πάτο, αποτελούμενο από πλεξιγκλάς και θερμοπλαστικό πολυΐμίδιο. Όταν τα στρώματα στο κύκλωμα έχουν τυπωθεί στον πάτο, το φέρον πλεξιγκλάς διαλύεται σε ακετόνη, κι έτσι έχουμε ένα εύκαμπτο στρώμα ημιαγωγού.

Οι τρύπες προσφέρουν ελαστικότητα
Το δυσκολότερο δεν είναι τα κυκλώματα να γίνουν εύκαμπτα, αλλά να αποκτήσουν και ελαστικότητα, ώστε οι ηλεκτρονικές συσκευές να μπορούν να προσαρμόζονται σε ανώμαλες επιφάνειες και να μπορούν, για παράδειγμα, να «ντύσουν» ένα σφαιρικό αντικείμενο. Αυτό επιτυγχάνεται ως εξής: ανοίγονται στο κύκλωμα τρύπες 50 μικρομέτρων στα κατάλληλα σημεία. Τα έτοιμα εξαρτήματα μπορούν έτσι να αντέχουν σε τέντωμα ή συμπίεση κατά 10% σε μήκος.
Τα πειράματα υπόσχονται πολλά - αλλά απέχουμε αρκετά από την τελειότητα. Πολλά προβλήματα προκύπτουν από το γεγονός ότι τα διάφορα στρώματα στα τυπωμένα κυκλώματα ημιαγωγών ξεκολλάνε όταν τα εξαρτήματα λυγίζουν. Αυτό όμως μπορεί να λυθεί με ένα προστατευτικό στρώμα πλαστικού πάνω στο έτοιμο εξάρτημα. Από εκεί και πέρα, είναι φανερό ότι ο δρόμος για να γίνει αυτή η τεχνολογία μια καθημερινότητα έχει ήδη ανοίξει.

* ΣΕ ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ 'SCIENCE ILLUSTRATED'