Электроника учится чинить себя самостоятельно

Надежная самовосстанавливающаяся электроника будет работать намного дольше.

Команда ученых из Университета Иллинойса разработала уникальную технологию саморемонта электросхем, которая за доли секунды восстанавливает электрическую проводимость оборванной цепи.

Когда в интегрированном микрочипе появляется даже микроскопическая трещина, замыкание или обрыв цепи приводят к полному отказу всего устройства. Хорошо если микрочип мог бы починить себя, причем починить так быстро, что пользователь даже не заметил бы поломки. Это в корне изменило бы подход к проектированию и изготовлению электронных устройств: вместо дублирования цепей и датчиков самодиагностики, нужна лишь система саморемонта, которая мгновенно исправляет поломку. Это особенно актуально сегодня, поскольку современные электронные устройства выполняют все более сложные и ответственные задачи, а микрочипы «упакованы» настолько плотно, что даже колебания температуры или усталость материалов могут привести к поломке и отказу всего устройства.

Обычно эти проблемы решаются периодической заменой проработавших несколько лет электронных устройств на новые (как в случае с мобильными телефонами). Однако для многих сфер, например космической, транспортной или военной, такой подход неприемлем.

Команда американских ученых смогла адаптировать свою старую разработку, самовосстанавливающиеся полимерные материалы, для электросхем. Исследователи расположили крошечные (10 мкм в диаметре) микрокапсулы на золотой цепи микросхемы. В случае образования трещины или обрыва цепи, микрокапсулы повреждаются, и жидкий металл заполняет трещину или место обрыва, вновь восстанавливая цепь. Этот процесс занимает считанные микросекунды и даже при небольшом количестве микрокапсул восстанавливает 90% опытных микросхем до уровня 99% от первоначальной проводимости.

Самовосстанавливающиеся электронные системы имеют огромные преимущества перед традиционными. Прежде всего, они более надежны, могут работать автономно, не требуют диагностики и восстанавливают повреждения мгновенно. Все это позволит в будущем удешевить электронику за счет отказа от дублирования цепей и диагностических систем, продлит срок службы устройств, а также позволит «со спокойной душой» доверить электронике жизнь людей.