Versnelde fabricage van uitrekbare draagbare sensoren aan UC Berkeley

UC Berkeley College of Engineering, CA

Een supercondensatorarray gemaakt met een nieuwe fabricagetechniek die sneller en goedkoper is dan fotolithografie. (Afbeelding: Peisheng He/UC Berkeley)

Doorbraak in productietechniek

Ingenieurs aan UC Berkeley hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het maken van draagbare sensoren die medisch onderzoekers in staat stelt om nieuwe ontwerpen veel sneller en tegen een fractie van de kosten te prototypen en testen dan bestaande methoden.

De nieuwe techniek vervangt fotolithografie — een meervoudig proces gebruikt om computercips in schone kamers te maken — door een vinylsnijder van $200. De nieuwe benadering verkort de tijd om kleine batches sensoren te maken met bijna 90 procent en verlaagt de kosten met bijna 75 procent, zei Renxiao Xu, die de techniek ontwikkelde tijdens zijn Ph.D. in werktuigbouwkunde aan Berkeley.

Uitrekbare sensoren en island-bridge structuur

Draagbare sensoren worden vaak door onderzoekers gebruikt om medische gegevens van patiënten over langere periodes te verzamelen. Ze variëren van hechtplasters op de huid tot uitrekbare implantaten op organen, en benutten geavanceerde sensoren om gezondheid te monitoren of ziekten te diagnosticeren.

Een uitrekbaar „slim mesh” gemaakt van het tweemodus-snijfabricageproces. Dit apparaat kan toegepast worden in op de huid gemonteerde zweetextractie en -sensing. (Afbeelding: Peisheng He/UC Berkeley)

Deze apparaten bestaan uit platte draden, genaamd interconnects, alsook sensoren, energiebronnen en antennes om gegevens te communiceren naar smartphone-apps of andere ontvangers. Om volledige functionaliteit te behouden, moeten ze rekken, buigen en draaien met de huid en organen waarop ze gemonteerd zijn — zonder spanningen te genereren die hun schakelingen zouden compromitteren.

Om lage-rekflexibiliteit te bereiken, gebruiken ingenieurs een „eiland-brug” structuur. De eilanden huisvesten starre elektronica en sensorcomponenten, zoals commerciële weerstanden, condensatoren, en lab-gesynthetiseerde componenten zoals koolstofnanobuizen. De bruggen verbinden de eilanden met elkaar. Hun spiraal- en zigzagvormen rekken als veren om grote deformaties aan te kunnen.

In het verleden bouwden onderzoekers deze eiland-brugsystemen met fotolithografie, een meervoudig proces dat licht gebruikt om patronen op halfgeleiderwafers te creëren. Het maken van draagbare sensoren op deze manier vereist een schone kamer en gesofisticeerde apparatuur.

De nieuwe techniek is eenvoudiger, sneller en economischer, vooral bij het maken van de een of twee dozijn monsters die medische onderzoekers doorgaans nodig hebben voor testen.

Een beschrijving van de techniek is gepubliceerd in ACS Nano. Xu, die nu bij Apple werkt, en Liwei Lin, professor werktuigbouwkunde en mededirecteur van het Berkeley Sensor and Actuator Center, waren de leidende onderzoekers.

Voor meer informatie, neem contact op met Sarah Yang via dit e-mailadres (beveiligd tegen spambots, JavaScript vereist); 510-643-6803.