伸縮性のあるラバーダイオードが医療機器や電子機器の可能性を広げる

左から右へ: ペンシルベニア州立工学科学力学部 (ESM) の博士研究員、Hyunseok Shim 氏、Cunjiang Yu 氏、工学科学および力学部門のキャリア開発准教授、ドロシー・クイグル氏、生体医工学および材料科学および工学部門の准教授とペンシルベニア州立大学 ESM の博士課程学生である Seonmin Jang は、性能を維持する完全にゴム状の伸縮可能なダイオードを開発しました。 クレジット: Jeff Xu/ペンシルバニア州立大学。 無断転載を禁じます。

2022年11月30日

サラ・スモール著

ペンシルバニア州ユニバーシティパーク — この記事をコンピューターまたは携帯電話で読んでいるのは、ダイオードのおかげでもあります。 ダイオード (通常、電流を一方向に容易に伝導する硬い電気部品) は、AC から DC への変換、機械エネルギーから電気エネルギーへの変換から、デジタル ディスプレイなどを可能にするスイッチ コンポーネントとしての機能まで、さまざまな重要な電子機能に使用されます。 ロボット工学や医療機器などの電子機器は、技術の進歩とともに柔軟性が高まっているため、ペンシルベニア州立大学の研究者は、性能を維持する完全にゴム状の伸縮可能なダイオードを開発しました。

研究チームはその結果を Science Advances に発表しました。

「このダイオードはすべて伸縮性のあるゴム材料で作られています。そのゴム材料戦略が鍵です」と責任著者のドロシー・クィグル・キャリア開発准教授（工学科学・機械学）で生物医用工学および材料科学・工学の准教授であるCunjiang Yu氏は述べた。 。 彼のグループはこれまでに、トランジスタなどの他のゴム状電子材料を開発しました。 「ゴム状ダイオードを作成することで、ゴム状エレクトロニクスのライブラリを充実させ、完全にゴム状材料から集積電気回路やシステムを作ることに近づけることができます。」

Yu 氏によると、デバイスの柔軟性が高くなると、より生体組織のように動作できるため、より優れた生体統合デバイスが可能になります。 例としては、心臓に埋め込むことができるソフトパッチデバイスが挙げられます。

「心臓の鼓動は電気信号を生成します」と彼は言いました。 「ゴム状ダイオードを使えば、デバイスは体内でACをDCに変換できますが、これは現在不可能です。」

Yu氏によると、機械的に伸縮させながらこのような電気的性能を達成するために、研究者らはデバイスのアーキテクチャ、垂直構造、レイアウトを合理的に検討したという。 この開発は、より柔軟な医療機器の利点に加えて、これらの医療機器の電源管理システムの自立型システムへの影響ももたらします。

「収穫機から回収されたエネルギーは、使用のために貯蔵する前に常に調整する必要があり、これは多くの新興分野で重要です」とユー氏は述べた。

Yu 氏は、光るスニーカーの日常的な例を挙げました。これには、機械エネルギー (ステップ) を電気エネルギーに変換して LED を点灯するための圧電エネルギー ハーベスタが含まれています。 整流回路は、収集された AC 電力を有用な DC 電力に変換します。

「研究者や産業界は従来のダイオードを使用しているが、我々が論文で報告しているような拡張可能なダイオードを望んでいる」と同氏は述べた。 「このようなゴム状ダイオードは多くの可能性をもたらします。」

Yu氏は、次のステップにはダイオードをさらに最適化し、より複雑なシステムに統合することが含まれると述べた。

「私たちはダイオードのアーキテクチャと性能を改善し、非常に広範囲の機械的伸縮や変形の下でも平穏な動作を実現することを目指しています」と同氏は述べた。 「私たちはこれらのダイオードを使用して、ロボット工学や生物医学機器などのさまざまな新興アプリケーションにおける重要なデバイスのニーズに応えたいと考えています。」

ペンシルベニア州立大学工学科学部および機械工学部の Seonmin Jang 氏と Hyunseok Shim 氏もこの論文の著者です。 海軍研究局と国立科学財団がこの研究に資金を提供しました。

工学部メディアリレーションズ

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