快速柔性电路,可能引发可穿戴电子设备的新浪潮 || 科技首发
2016/5/29 秦朔朋友圈

    

    

     各种各样的智能穿戴设备正在涌入消费品市场。这些设备简直无所不能,有的用于监测生命的主要特征,有的用于记录健身情况,有的用于随身播放音乐,有的甚至可以用来净化你周围的空气!当然,它们都是无线的。

     现在,威斯康星大学麦迪逊分校的工程师团队创造了世界上最快的、可拉伸的可穿戴集成电路。这项发明可能会推动物联网和与之密切关联的高速无线世界的进步。

     这种新的集成电路编织互锁的节片就像三维拼图。它可以像临时纹身一样被用于和皮肤紧贴的可穿戴设备。因为这种电路增加了无线网络的速度,使用这些系统的医护人员就可以在不用电线和电缆的情况下远程监控病人。

     威斯康星大学麦迪逊分校这个科研团队的领军人物是被称为“小马哥”的马振强教授等人。2016年5月27日,这个团队的研究人员在新型功能材料杂志(Advanced Functional Materials)上发表了这个具有强大高效集成电路的研究成果。

    

     这项进步为寻求可穿戴电子设备(包括生医设备)扩充容量和应用的生产商提供了一个平台,尤其是那些努力发展新一代被称为5G无线宽带技术优势设备的生产厂商。

     波长在毫米和米之间的微波是使用频率在0.3千兆赫到300兆赫范围的电磁波,正好落在5G的范围内。

     在移动通信领域,5G网络的宽微波无线电频率将可容纳越来越多的手机用户,并显著增加数据传输的速度和覆盖范围。

     在重症监护病房,表皮电子系统(即像临时纹身一样紧贴皮肤的电子设备)可以允许医护人员远程和无线监控患者,通过减少传统的电缆和电线缠绕提高患者的舒适度。

     这种新的、可伸缩的集成电路之所以如此强大,关键在于它们独特的结构。这项发明受到了双绞电话线的启发,它们主要包含在重复的S曲线线条上的两条超纤巧的交织输电线。

     这种分布在两层分开的金属板上、像一个三维拼图的蛇形给了传输线能伸展而不影响它们性能的特性,这也有助于屏蔽来自外部的干扰,同时,通过限制电磁波流过,几乎完全消除了电流损耗。目前,研究人员的拉伸集成电路可在高达40千兆赫的无线频率下工作。

    

     其他能伸展的输电线路宽度高达640微米,但项新发明的拉伸集成电路只有25微米厚。这样的厚度是十分微小的,可以在表皮电子系统和许多其他应用中有效运用。

     “小马哥”的团队在过去十年中一直在开发被称作晶体管有源的器件。这一最新进展结合了研究人员在高频率和柔性电子设备的专业技能。

     马振强说:“我们已经发现了一种把高频有源晶体管集成到一个有用的电路的方法,而且可以是无线的。”他的工作是由美国空军科学研究办公室支持的。“这是一个平台,它将为许多新的功能打开大门。”

    

    

    

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