Combinando digital y analógico
Investigadores de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) proponen integrar semiconductores 2D con materiales ferroeléctricos para conjunto digital y analógico procesamiento de información, que podría mejorar la eficiencia energética y soportar nuevas funcionalidades.
El dispositivo utiliza un túnel FET (TFET) de diseleniuro de tungsteno/diseleniuro de estaño de capacitancia negativa 2D, que consume menos energía al conmutar, junto con óxido de hafnio dopado con silicio ferroeléctrico que brinda la posibilidad de procesar y almacenar memoria continuamente al mismo tiempo.
Los investigadores también exploraron la creación de interruptores similares a las sinapsis biológicas para la computación neuromórfica. “La investigación marca la primera cointegración de los circuitos lógicos de von Neumann y las funcionalidades neuromórficas, trazando un rumbo apasionante hacia la creación de arquitecturas informáticas innovadoras caracterizadas por un consumo de energía excepcionalmente bajo y capacidades hasta ahora inexploradas para construir funciones neuromórficas combinadas con el procesamiento de información digital. ”, dijo Adrian Ionescu, profesor de la EPFL y director de Nanolab.
“Nuestros esfuerzos representan un avance significativo en el dominio de la electrónica, habiendo superado los puntos de referencia de rendimiento anteriores, y se ejemplifican con las capacidades sobresalientes del TFET de diseleniuro de tungsteno/diseleniuro de estaño de capacitancia negativa y la posibilidad de crear una función neuronal sináptica dentro de la misma tecnología. ”, dijo Adrian Ionescu, profesor de la EPFL y director de Nanolab.
Kamaei, S., Liu, X., Saeidi, A. et al. Puerta ferroeléctrica de semiconductores bidimensionales para la integración de dispositivos neuromórficos y lógica de pendiente pronunciada. Nat Electron (2023). https://doi.org/10.1038/s41928-023-01018-7
Bolígrafo para LED
Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis desarrollaron bolígrafos de tinta que permiten a las personas escribir a mano dispositivos optoelectrónicos flexibles y extensibles, como LED y fotodetectores, en materiales cotidianos, incluidos papel, textiles, caucho, plásticos y objetos 3D.
"Escribir a mano en dispositivos personalizados fue claramente el siguiente paso después de la impresora", dijo Chuan Wang, profesor asociado de ingeniería eléctrica y de sistemas en WUSL. "Ya teníamos las tintas, por lo que fue una transición natural tomar la tecnología que ya habíamos desarrollado y modificarla para que funcionara en bolígrafos normales, donde pudiera ser barata y accesible para todos".
El equipo dijo que un bolígrafo lleno de tintas especialmente diseñadas hechas de polímeros conductores, nanocables metálicos y materiales de perovskita permite un amplio espectro de colores de emisión. Al escribir capa tras capa con estas tintas funcionales, de forma muy parecida al uso de bolígrafos multicolores, se podría crear una variedad de dispositivos funcionales que incluyen dispositivos electrónicos desechables, como envases inteligentes, y dispositivos portátiles personalizados, como sensores biomédicos.
Junyi Zhao demuestra cómo usar un bolígrafo simple para escribir LED personalizados en papel (izquierda). Los mismos bolígrafos se pueden utilizar para dibujar diseños multicolores en papel de aluminio (arriba a la derecha) y para crear bocetos iluminados (abajo a la derecha). (Crédito: Laboratorio Wang/Universidad de Washington en St. Louis)
Adaptar la tinta imprimible a un bolígrafo estándar que fuera factible para escribir a mano en materiales cotidianos requirió algunos ajustes para controlar la humectabilidad y mejorar la capacidad de escritura. Lo más importante es que tenían que asegurarse de que la tinta pudiera aplicarse a sustratos porosos y fibrosos, incluidos papel y textiles, sin correrse ni mezclarse.
"La traducción de la impresora al bolígrafo puede parecer simple, pero en realidad es un poco más complicada que simplemente cargar tinta", dijo Junyi Zhao, candidato a doctorado en WUSL. “Nuestra tinta está especialmente formulada, por lo que los rotuladores son universales, lo que significa que funcionarán en casi todos los sustratos. Cada capa del dispositivo está diseñada para ser intrínsecamente elástica, de modo que sobreviva a la deformación y pueda doblarse, estirarse y torcerse sin afectar el rendimiento del dispositivo. Por ejemplo, los LED dibujados en un guante podrían tolerar deformaciones al agarrar y soltar repetidamente el puño, y los LED dibujados en un globo de goma podrían sobrevivir a ciclos de inflación y deflación una y otra vez”.
Wang añadió: “Un área que nos entusiasma mucho son las aplicaciones médicas. Los emisores de luz y detectores escritos a mano permiten una mayor flexibilidad específica para cada paciente a la hora de crear vendajes y sensores biomédicos portátiles que podrían tener fotodetectores y LED infrarrojos para medir la oximetría de pulso o acelerar la curación de heridas”.
Zhao, J., Lo, LW., Yu, Z. et al. Escritura a mano de dispositivos optoelectrónicos de perovskita sobre diversos sustratos. Nat. Fotón. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01266-1
Batería para lentes de contacto inteligentes
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur desarrollaron un batería flexible tan delgada como una córnea humana, que almacena electricidad cuando se sumerge en solución salina y podría usarse para alimentar lentes de contacto inteligentes.
La batería está fabricada con materiales biocompatibles y no contiene cables ni metales pesados tóxicos. Tiene un recubrimiento a base de glucosa que reacciona con los iones de sodio y cloruro en la solución salina que lo rodea, mientras que el agua que contiene la batería sirve como cable o circuito para generar electricidad.
En las pruebas, el equipo demostró que la batería podía producir una corriente de 45 microamperios y una potencia máxima de 201 microvatios, que sería suficiente para alimentar una lente de contacto inteligente. Se podría cargar y descargar hasta 200 veces.
El equipo sugiere que la batería se colocaría durante al menos ocho horas en una solución que contenga una gran cantidad de iones de glucosa, sodio y potasio, para cargarse mientras el usuario duerme. La batería también podría funcionar con lágrimas humanas, ya que contienen iones de sodio y potasio, en menor concentración. Al probar la batería actual con una solución de lágrimas simuladas, los investigadores demostraron que la vida útil de la batería se extendería una hora adicional por cada ciclo de uso de doce horas que se usara.
“Aunque la transmisión de energía inalámbrica y los supercondensadores suministran alta potencia, su integración presenta un desafío importante debido a la cantidad limitada de espacio en la lente. Al combinar la batería y la celda de biocombustible en un solo componente, la batería puede cargarse sola sin necesidad de espacio adicional para componentes cableados o inalámbricos. Además, los electrodos colocados en el lado exterior de la lente de contacto garantizan que la visión del ojo no pueda ser obstruida”, dijo Li Zongkang, estudiante de doctorado de NTU.
Los investigadores planean realizar más investigaciones para mejorar la cantidad de corriente eléctrica que puede descargar su batería. También trabajarán con varias empresas de lentes de contacto para implementar la tecnología.
Jeonghun Yun, Zongkang Li, Xinwen Miao, Xiaoya Li, Jae Yoon Lee, Wenting Zhao, Seok Woo Lee, Una batería a base de lágrimas cargada con biocombustible para lentes de contacto inteligentes, Nano Energy, Volumen 110, 2023, 108344, ISSN 2211-2855 , https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108344
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