Японские ученые разработали самосборную электронику, меняющую форму без вмешательства человека

Инженеры разработали гибкие электронные модули, которые автоматически соединяются, передают электропитание и сигналы, а затем могут изменять свою конфигурацию по команде

Исследователи из Университета Кюсю (Kyushu University) создали тонкоплёночную электронику, способную самостоятельно соединяться, разъединяться и изменять свою конфигурацию. Авторы называют новый класс устройств «кинетической электроникой» — в отличие от традиционной электроники, собранной в виде жёсткой конструкции, такие модули могут физически перемещаться и объединяться друг с другом.

Ключевой элемент разработки — интегрированные в одну тонкую плёнку электрическая схема и исполнительный механизм. Последний состоит из полипропилена и полиимида — полимеров, которые по-разному реагируют на нагрев. Встроенный золотой микронагреватель заставляет плёнку изгибаться, что позволяет модулю выполнять механические действия без внешнего привода.

На основе данного принципа инженеры разработали несколько вариантов механизма соединения. Один вариант включает систему петель и крючков, другой — захват в форме «когтя», который после соединения остаётся зафиксированным даже при полном отключении питания. При этом модули одновременно формируют механическое соединение и электрический контакт, что позволяет обмениваться электропитанием и сигналами.

Система функционирует при напряжении 5–12 В. Во время соединения механизм с зондом обеспечивает деформацию до 10 мм при мощности 1,1 Вт. Отдельный модуль разъединения потребляет в среднем всего 0,43 Вт, удерживая усилие до 618 мгс (миллиграмм-силы, около 6,1 мН). Соединение остаётся стабильным даже после полного отключения питания.

Авторы разработали 2 конфигурации таких устройств: механизм сборки с плоским зондом и модульную систему разделения. Испытания подтвердили возможность создания перестраиваемых тонкоплёночных электронных систем, которые могут самостоятельно собираться из отдельных модулей и сохранять работоспособность после соединения.

Разработка нацелена на гибкую электронику, включая носимые медицинские датчики, имплантаты и мягких роботов. В будущем такие устройства смогут изменять свою форму в зависимости от задач, перестраивать свою конфигурацию и автоматически восстанавливать соединения после повреждений.