跳动城乡网斯坦福大学的研究人员十多年来一直致力于开发类似皮肤的可拉伸电子设备。在《自然》杂志上发表的一篇论文中，他们提出了一种新的类肤集成电路设计和制造工艺，其尺寸比早期版本小五倍，运行速度高一千倍。研究人员证明，他们的软集成电路现在可以驱动微型LED屏幕并检测比人类指尖更灵敏的盲文阵列。
“我们已经取得了重大飞跃。斯坦福大学化学工程学院KKLee教授、该论文的资深作者鲍哲南(ZhenanBao)表示：“可伸缩集成电路现在第一次变得足够小、足够快，足以满足许多应用的需要。”“我们希望这可以使可穿戴传感器以及植入式神经和肠道探更加灵敏，操作更多传感器，并可能消耗更少的功率。”
灵活、可拉伸且功能齐全
该电路的核心是鲍实验室开发的由半导体碳纳米管和软弹性电子材料制成的可拉伸晶体管。与又硬又脆的硅不同，夹在弹性材料之间的碳纳米管具有鱼网状结构，使它们在拉伸和变形时仍能继续发挥作用。晶体管和电路以及可拉伸半导体、导体和介电材料被图案化到可拉伸基板上。
“这是多年的材料和工程发展，”鲍说。“我们不仅需要开发新材料，还需要开发电路设计和制造电路的制造工艺。有很多层堆叠在一起，如果一层不起作用，我们就必须从头开始一切。”
在他们新的可拉伸电子设计的一次演示中，研究人员能够将2,500多个传感器和晶体管安装到一平方厘米中，从而创建出比人类指尖灵敏十倍以上的有源矩阵触觉阵列。研究人员表明，传感器阵列可以检测微小形状的位置和方向，或识别盲文中的整个单词。
“使用盲文，你通常一次能感觉到一个字母，”鲍实验室的博士后研究员、该论文的共同第一作者钟东来说。“有了如此高的分辨率，您只需轻轻一按就可以感知整个单词，甚至可能感知整个句子。”
研究人员还使用他们的可拉伸电路来驱动刷新率为60Hz的Micro-LED显示器，这是计算机或电视屏幕的典型刷新率。以前版本的可拉伸电路在小尺寸下速度不够快，无法产生足够的电流来实现这一目标。
“我们对这些性能改进感到非常兴奋，因为它们使我们能够做很多新事情，”Bao实验室的博士后研究员、该论文的共同第一作者CanWu说。“初步结果表明，我们的晶体管可用于驱动计算机显示器中常用的商业显示器。对于生物医学应用，高密度、柔软且舒适的传感阵列可以让我们以大范围和高分辨率感知人体信号，例如来自我们的大脑和肌肉的信号。这可能会带来高性能和生物相容性的下一代脑机接口。”
面向未来的软电路
研究人员有意开发了可以与现有制造工具配合使用的材料和工艺，以便电路可以更容易地进入商业制造。他们的工艺依赖于类似于目前用于制造显示屏的制造技术，尽管所涉及的材料完全不同。鲍说，如果没有一些额外的微调，制造商将无法制造这些电路，但工具已经就位。
当然，在这些可拉伸的软集成电路准备商业化之前，还存在更多障碍。身体和组织的运动仍然会导致电路的电气特性发生一些变化-Bao和她的同事正在研究可以减少这些影响的新设计-并且这些设备在投入使用之前需要某种软防潮保护。
“这项技术的未来仍然面临挑战，但最近的发展为可穿戴和植入式电子产品开辟了一些非常令人兴奋的生物医学应用，”鲍说。“它在软机器人领域也有应用，赋予机器人接近人类的传感功能，让人们使用它们更安全。”
