디지털과 아날로그의 결합

EPFL(École Polytechnique Fédérale de Lausanne) 연구원들은 2D 반도체와 강유전체 재료의 통합을 제안합니다. 디지털과 아날로그의 결합 에너지 효율성을 향상시키고 새로운 기능을 지원할 수 있는 정보 처리.

이 장치는 스위칭 시 더 적은 에너지를 소비하는 2D 네거티브 정전 용량 텅스텐 이셀레나이드/주석 이셀레나이드 터널 FET(TFET)와 강유전성 실리콘 도핑 하프늄 산화물을 사용하여 메모리를 동시에 지속적으로 처리하고 저장할 수 있습니다.

연구원들은 또한 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 생물학적 시냅스와 유사한 스위치를 만드는 방법도 연구했습니다. “이 연구는 폰 노이만 논리 회로와 뉴로모픽 기능의 최초의 공동 통합을 의미하며, 매우 낮은 전력 소비와 디지털 정보 처리와 결합된 뉴로모픽 기능을 구축하는 지금까지 탐구되지 않은 기능을 특징으로 하는 혁신적인 컴퓨팅 아키텍처의 생성을 향한 흥미로운 과정을 보여줍니다. "라고 EPFL 교수이자 Nanolab 책임자인 Adrian Ionescu가 말했습니다.

“우리의 노력은 이전의 성능 벤치마크를 깨뜨린 전자 분야에서 중요한 도약을 의미하며, 음전용량 텅스텐 이셀레나이드/주석 이셀레나이드 TFET의 뛰어난 기능과 ​​동일한 기술 내에서 시냅스 뉴런 기능을 생성할 수 있는 가능성으로 예시됩니다. "라고 EPFL 교수이자 Nanolab 책임자인 Adrian Ionescu가 말했습니다.

Kamaei, S., Liu, X., Saeidi, A. 외. 급경사 논리 및 뉴로모픽 장치의 통합을 위한 2023차원 반도체의 강유전성 게이팅. 냇 일렉트론(10.1038). https://doi.org/41928/s023-01018-7-XNUMX

LED용 볼펜

세인트 루이스에 있는 워싱턴 대학의 연구원들이 개발한 잉크 펜 개인이 종이, 직물, 고무, 플라스틱 및 3D 물체를 포함한 일상적인 재료에 LED 및 광검출기와 같은 유연하고 신축성이 있는 광전자 장치를 손으로 쓸 수 있도록 해줍니다.

WUSL의 전기 및 시스템 엔지니어링 부교수인 Chuan Wang은 "필기 맞춤형 장치는 프린터 이후의 확실한 다음 단계입니다."라고 말했습니다. "우리는 이미 잉크를 갖고 있었기 때문에 이미 개발한 기술을 가져와 모든 사람이 저렴하고 접근할 수 있는 일반 볼펜에서 작동하도록 수정하는 것은 자연스러운 전환이었습니다."

연구팀은 전도성 고분자, 금속 나노와이어, 페로브스카이트 소재 등으로 특수 제작된 잉크를 채운 볼펜을 통해 다양한 발광색을 구현할 수 있다고 밝혔다. 이러한 기능성 잉크를 다색 펜을 사용하듯이 겹겹이 쓰면 스마트 패키징 등 일회용 전자제품부터 생체의학 센서 등 개인 맞춤형 웨어러블까지 다양한 기능성 기기를 만들 수 있다.

Junyi Zhao는 간단한 볼펜을 사용하여 종이에 맞춤형 LED를 쓰는 방법을 보여줍니다(왼쪽). 동일한 펜을 사용하여 알루미늄 호일에 다양한 색상의 디자인을 그릴 수 있고(오른쪽 상단), 밝은 스케치를 만들 수 있습니다(오른쪽 하단). (제공: Wang 연구실 / 세인트루이스 워싱턴 대학교)

일상적인 재료에 필기가 가능한 표준 볼펜에 인쇄 가능한 잉크를 적용하려면 습윤성을 제어하고 쓰기 가능성을 향상시키기 위해 몇 가지 조정이 필요했습니다. 가장 중요한 것은 잉크가 흐르거나 섞이지 않고 종이와 직물을 포함한 다공성 및 섬유질 기재에 적용될 수 있는지 확인해야 한다는 것입니다.

WUSL의 박사과정 학생인 Junyi Zhao는 “프린터에서 볼펜으로의 번역은 간단해 보이지만 실제로는 잉크를 넣는 것보다 조금 더 까다롭습니다.”라고 말했습니다. “저희 잉크는 특별히 제조되었기 때문에 펜은 보편적입니다. 즉, 거의 모든 재질에 사용할 수 있습니다. 장치의 각 단일 레이어는 본질적으로 탄성을 갖도록 설계되어 변형에도 견딜 수 있으며 장치 성능에 영향을 주지 않고 구부리고, 늘어나고, 비틀릴 수 있습니다. 예를 들어, 장갑에 그려진 LED는 반복적으로 주먹을 쥐고 풀 때 변형을 견딜 수 있고, 고무 풍선에 그려진 LED는 계속해서 팽창과 수축 주기를 견딜 수 있습니다.”

Wang은 “우리가 정말 기대하고 있는 분야 중 하나는 의료 응용 분야입니다. 손으로 쓴 발광체와 검출기는 맥박 산소 측정을 측정하거나 상처 치유 속도를 높이기 위해 광검출기와 적외선 LED를 부착할 수 있는 웨어러블 생체 의학 센서와 붕대를 만드는 데 있어 환자별 유연성을 더욱 높여줍니다.”

Zhao, J., Lo, LW., Yu, Z. et al. 다양한 기판에 페로브스카이트 광전자 장치를 손으로 쓰는 모습. Nat. 광자. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01266-1

스마트 콘택트렌즈용 배터리

싱가포르 난양 기술 대학교(Nanyang Technological University Singapore)의 연구원들이 개발한 유연한 배터리 인간의 각막만큼 얇으며 식염수에 담그면 전기를 저장하고 잠재적으로 스마트 콘택트렌즈에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있습니다.

배터리는 생체 적합성 소재로 만들어졌으며 전선이나 독성 중금속을 포함하지 않습니다. 배터리에는 주변 식염수에 있는 나트륨 및 염화물 이온과 반응하는 포도당 기반 코팅이 있으며, 배터리에 포함된 물은 전기를 생성하는 전선 또는 회로 역할을 합니다.

테스트에서 팀은 배터리가 45마이크로암페어의 전류와 201마이크로와트의 최대 전력을 생성할 수 있음을 시연했는데, 이는 스마트 콘택트 렌즈에 전원을 공급하기에 충분합니다. 최대 200회까지 충전과 방전이 가능했습니다.

연구팀은 배터리를 다량의 포도당, 나트륨, 칼륨 이온이 포함된 용액에 최소 XNUMX시간 동안 놓아 사용자가 잠든 동안 충전할 것을 제안했습니다. 배터리는 낮은 농도의 나트륨 및 칼륨 이온을 포함하고 있기 때문에 인간의 눈물로도 전력을 공급받을 수 있습니다. 시뮬레이션된 눈물 용액으로 현재 배터리를 테스트한 결과, 연구원들은 배터리를 사용하는 매 XNUMX시간 착용 주기마다 배터리 수명이 XNUMX시간씩 추가로 연장된다는 사실을 보여주었습니다.

“무선 전력 전송과 슈퍼커패시터는 높은 전력을 공급하지만 렌즈 공간이 제한되어 있어 이들의 통합은 상당한 과제를 안겨줍니다. 배터리와 바이오연료전지를 단일 부품으로 결합함으로써 유무선 부품을 위한 추가 공간이 필요 없이 배터리가 스스로 충전될 수 있습니다. 또한 콘택트 렌즈 바깥쪽에 배치된 전극은 눈의 시야가 방해받지 않도록 보장합니다.”라고 NTU 박사 과정 학생인 Li Zongkang이 말했습니다.

연구원들은 배터리가 방전할 수 있는 전류의 양을 향상시키기 위한 추가 연구를 계획하고 있습니다. 그들은 또한 이 기술을 구현하기 위해 여러 콘택트렌즈 회사와 협력할 것입니다.

윤정훈, Zongkang Li, Xinwen Miao, Xiaoya Li, Jae Yun Lee, Wenting Zhao, 이석우, 스마트 콘택트 렌즈용 바이오 연료로 충전되는 눈물 기반 배터리, Nano Energy, Volume 110, 2023, 108344, ISSN 2211-2855 , https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108344

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