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Durante 40 años, los llamados circuitos integrados apenas si han integrado transistores, diodos y sensores en una hoja de material. Hoy en día, surgen cada vez más circuitos en los que se depositan conjuntamente la mayoría de los componentes sobre sustratos flexibles. Estos sustratos flexibles son claves para hacer que esta nueva electrónica sea accesible y deseable en todo tipo de cosas, desde prendas hasta la piel humana y aparatos eléctricos y bienes de consumo empacados, donde las superficies pocas veces son planas.
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Los ingeniosos diseñadores, que buscan utilizar la nueva electrónica para crear "El iPod de las etiquetas", o algún otro producto estrella, piensan en el sustrato flexible como parte del funcionamiento del producto. Por ejemplo, hay películas flexibles que emiten y detectan ultrasonidos, actúan como altavoces o cambian de forma bajo la influencia de un campo eléctrico. Esta última utiliza película de polímero electroactivo, y la reciente adquisición de Artificial Muscle Inc. (AMI) por parte de Bayer MaterialScience es un buen recordatorio de que existen numerosas opciones para los capitalistas de riesgo que respaldan a estas nuevas empresas de electrónica impresa.
Electrónica extensible
Las películas de polímeros de AMI, con electrodos extensibles impresos, se utilizan en el desarrollo, diseño y fabricación de actuadores y componentes de detección y ofrecen ventajas significativas sobre las tecnologías tradicionales utilizadas en este sector. Estos proporcionan paneles de pantalla táctil en electrónica de consumo con "conciencia a través del tacto". Esta función la realizan mediante la creación de una auténtica retroalimentación táctil, al igual que un teclado convencional. Esta innovadora tecnología tiene un potencial significativo de aplicación, especialmente para dispositivos electrónicos como teléfonos inteligentes, controladores de juegos y touchpads. AMI orientó inicialmente los productos para una amplia gama de aplicaciones, incluyendo válvulas, bombas, posicionadores, el campo de la generación de energía, lentes y sensores de cámaras con forma de serpiente y objetivo automático. Con la necesidad emergente de entornos táctiles en la electrónica de consumo, sobre todo en las pantallas táctiles, AMI utilizó EPAM™ para crear la marca Reflex™ de actuadores táctiles. Estos productos están dirigidos a una amplia gama de bienes electrónicos de consumo como teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos portátiles, periféricos de computador, controladores de juego y touchpads.
Mientras tanto, MC10 Inc., una compañía formada para comercializar circuitos electrónicos extensibles, ha realizado recientemente un acuerdo de licencia con la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. De acuerdo con los términos del acuerdo, MC10 Inc. tendrá acceso a tecnología contenida en las patentes relacionadas con la tecnología de silicio elástico del laboratorio del profesor John Rogers.
Esta naciente empresa con capital de riesgo se encuentra desarrollando en estos momentos procesos y aplicaciones que le permiten a la electrónica de alto rendimiento ser ubicada en nuevos entornos y formas. El enfoque de MC10 transforma semiconductores tradicionalmente rígidos y quebradizos en circuitos electrónicos flexibles y elásticos conservando un excelente desempeño eléctrico. El silicio elástico permite un grado de libertad de diseño capaz de expandir la funcionalidad de los productos existentes, al tiempo que proporciona una plataforma sobre la cual pueden desarrollarse nuevas aplicaciones habilitadas por microelectrónica.
Dispositivos electroactivos con electrodos im....
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Cirugía
En un enfoque totalmente diferente, los dispositivos electroactivos de Micromuscle AB en Suecia, con electrodos impresos elásticos, permiten que las herramientas de los cirujanos serpenteen a través del cuerpo humano. Los investigadores de la Universidad de Purdue han creado un material magnético llamado ferropaper que puede ser usado para fabricar micromotores de bajo costo para los instrumentos quirúrgicos, pinzas diminutas para estudiar las células y altavoces en miniatura. Circuitos electrónicos y eléctricos de control y vigilancia se pueden imprimir en este nuevo papel inteligente. El material se produce mediante la impregnación de papel ordinario —incluso papel periódico—con una mezcla de aceite mineral y nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. El papel cargado con las nanopartículas puede entonces moverse con el uso de un campo magnético.
"El papel es una matriz porosa, para que pueda cargarse en él una cantidad abundante de este material", dijo Babak Ziaie, profesor de Purdue en el área de ingeniería eléctrica e ingeniería informática y biomédica.
La nueva técnica representa una manera de bajo costo para fabricar pequeños altavoces en estéreo, robots en miniatura o motores para una variedad de potenciales aplicaciones, incluyendo pinzas para manipular células y dedos flexibles para una cirugía mínimamente invasiva.
"Debido a que el papel es muy suave, no daña las células o los tejidos", dijo Ziaie. "Es muy barato de fabricar. Usted pone una gota en una hoja de papel, y ése es su actuador, o el motor".
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El Profesor Babak Ziaie de la Universidad de ....
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cPaper
Kimberly Clark ha sido uno de los últimos en anunciar un sustrato inteligente adecuado para la electrónica impresa. Su cPaper™ es un papel impregnado con carbono en lugar de los nanotubos de carbono más costosos, y puede utilizarse como elemento de calefacción, como electrodos en supercondensadores y supercabatteries impresas y en muchas otras aplicaciones.
Papel conductivo con impregnación orgánica
En un enfoque diferente, la Universidad de Uppsala en Suecia puede estar en camino de desarrollar baterías impresas mejoradas. Allí se está desarrollando un novedoso material de electrodo nano-estructurado y de área de alta superficie para aplicaciones de almacenamiento de energía, compuesto por fibras de celulosa de origen algal, recubierto individualmente con una capa delgada de polipirrol de 50nm. Los resultados muestran hasta ahora las mayores capacidades y tasas de carga reportadas para una batería sobre papel totalmente polimérica.
El material compuesto de papel conductor cuenta con una superficie específica de 80m2g−1 y las baterías basadas en este material se puede cargar con corrientes de hasta 600mAcm−2 con tan sólo 6 por ciento de pérdida en la capacidad luego de más de 100 ciclos posteriores de carga y descarga. Las baterías de base acuosa, que se basan totalmente en celulosa y polipirrol y presentan capacidades de carga entre 25 y 33mAhg−1 o 38 a 50mAhg−1 por peso del material activo, abren nuevas posibilidades para la producción de sistemas de almacenamiento de energía amigables con el medio ambiente, rentables, escalables y livianos.
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El Profesor Babak Ziaie de la Universidad de ....
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Paper-e
También de surgimiento reciente es el e-Paper de la Universidad Nueva de Lisboa, que es una forma creativa de imprimir circuitos de transistores haciendo que la puerta del transistor del papel sea el propio sustrato. Curiosamente, estos transistores, fabricados con los nuevos semiconductores impresos con base de óxido de zinc, tienen características mucho mejores de las esperadas a primera vista y su física se encuentra en proceso de aclaración. Sobra decir que todos los papeles inteligentes para la electrónica impresa mencionados antes pueden ser amigables con el medio ambiente y biodegradables.
Estantería inteligente impresa
Plastic Electronic GmbH en Austria se especializa en estructuras electrónicas capacitivas impresas. Por ejemplo, su estantería inteligente consiste en una película polimérica que se deforma cuando se colocan cosas sobre ella, y los patrones de líneas cruzadas conductores, en ambos lados, supervisan el cambio en la capacitancia y, por lo tanto, la posición y el peso relativo de lo que está en el estante. Ahora NTERA Inc. --líder en tecnologías de visualización de cambio de color, flexibles y totalmente impresas— ha firmado un acuerdo de licencia con Plastic Electronic GmbH para desarrollar avanzados productos electrónicos impresos utilizando los visualizadores impresos flexibles electrocromáticos de NTERA.
Piezo banderas y anguilas
Los difluoruros de polivinilideno (PVDF en inglés) y sus derivados se convierten en tinta ferroeléctrica, que se utiliza para imprimir la memoria no volátil regrabable de acceso aleatorio sobre una película flexible. También puede formar en sí misma una película que se convierte en un sustrato inteligente para la electrónica impresa. Algunos ejemplos serían los micrófonos electret, las banderas colectoras de energía y, bajo el agua, las anguilas.
Barreras inteligentes
Las capas de barrera para proteger las delicadas pantallas impresas orgánicas foltovoltáicas y OLED están recibiendo mucha atención. En días pasados DNP y 3M Display and Graphics Business Lab, al igual que empresas como DELO, anunciaron un sustrato de película de capa de barrera con enormes mejoras. Estas empresas están desarrollando además adhesivos y tintas de barrera que van sobre los patrones impresos en estas películas de barrera y para sellar la encapsulación.
Circuitos electrónicos comibles y transparentes
Eastman Kodak Co. e Innovaciones Somark concibieron inicialmente circuitos electrónicos impresos comestibles para aplicarse directamente sobre alimentos, pastillas farmacéuticas y carne. Sin embargo, se requerirán también sustratos comestibles, preferiblemente que potencien las funciones electrónicas. Luego viene la nueva disciplina de la electrónica transparente seguida por Hewlett Packard, la Universidad de Cambridge en el Reino Unido y Fraunhofer ISC en Alemania, por ejemplo.
Artículo es de FLEXO INTERNATIONAL, reproducido con autorización expresa de sus editores.
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Estudios de caso
