Desarrollan electrónica de goma que imita circuitos CMOS tradicionales

El investigador Cunjiang Yu y su equipo de la Universidad de Illinois, que incluye a varios de sus exalumnos, anunciaron un hito significativo en la ingeniería de materiales y electrónica: la creación de lo que denominan "CMOS gomoso", que proporciona la misma funcionalidad que los circuitos CMOS (complementary metal–oxide–semiconductor) convencionales, pero está fabricado con materiales completamente diferentes.

La gran ventaja del CMOS gomoso es que ofrece la funcionalidad de circuito de los CMOS convencionales, a la vez que es estirable y deformable. La tecnología CMOS es fundamental para casi toda la electrónica moderna, desde smartphones y laptops hasta sensores y pantallas. Como su nombre indica, el CMOS depende de metales y óxidos rígidos que se agrietan fácilmente al doblarse o estirarse, lo que provoca fallos en los dispositivos. Durante años, los investigadores han buscado materiales electrónicos estirables que puedan mantener su rendimiento bajo deformación, con el objetivo de habilitar dispositivos de próxima generación que puedan moverse y flexionarse como los tejidos biológicos.

Hasta ahora, la mayoría de los esfuerzos habían combinado semiconductores convencionales, como el silicio, con sustratos estirables como los polímeros. Aunque estos sistemas híbridos pueden soportar cierta deformación, carecen de verdadera elasticidad a nivel material y, por lo tanto, son inadecuados para una integración íntima y conformal con tejidos biológicos suaves o superficies dinámicamente deformables.

Esta limitación ha alimentado un creciente interés en una nueva frontera: la electrónica gomosa, donde cada componente funcional, desde el semiconductor hasta el dieléctrico y las interconexiones, está hecho de gomas que son intrínsecamente estirables. "Para la electrónica gomosa, no se utiliza metal, no se utilizan óxidos y no se utilizan semiconductores convencionales", explicó Yu, quien es profesor fundador de ingeniería en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computación de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign. "Sigue siendo un transistor, pero no depende de los materiales MOS convencionales".

Logrando circuitos CMOS verdaderamente gomosos

Sin embargo, hasta ahora, los esfuerzos para lograr la arquitectura CMOS completa y el comportamiento complementario en la electrónica gomosa, integrando tanto transistores gomosos p-type como n-type (es decir, tanto portadores de carga positiva como negativa) de manera coordinada, habían permanecido en una etapa temprana, con resultados muy limitados. "El campo ha estado demostrando principalmente materiales p-type, que transportan portadores eléctricos cargados positivamente", dijo Yu. "Nunca antes habíamos demostrado un verdadero comportamiento CMOS en la electrónica gomosa".

Ese avance ha sido logrado ahora. En el nuevo artículo, el equipo informa sobre circuitos integrados complementarios completamente estirables compuestos de transistores elásticos n-type y p-type. Estos dispositivos mantienen un rendimiento eléctrico estable incluso cuando se estiran hasta un 50%. Además, las puertas lógicas digitales fabricadas con estos componentes también mantienen una función robusta bajo grandes tensiones mecánicas.

Aplicaciones potenciales para tecnología médica y vestible

Como prueba de concepto, los investigadores desarrollaron una "piel sensorial": una delgada capa electrónica estirable que puede adherirse íntimamente a la piel humana, como se muestra en la foto adjunta. Esta innovación allana el camino para aplicaciones médicas y de monitoreo de salud, para las cuales los sistemas electrónicos deben conformarse a tejidos suaves y dinámicamente móviles.

Yu comentó que el trabajo de su equipo en esta área fue inicialmente motivado por aplicaciones de implantes médicos, pero que las implicaciones van mucho más allá de la biomedicina. "La robótica suave y las interfaces humano-máquina son pasos naturales a seguir", dijo. "Imagina un guante vestible hecho de circuitos integrados que puede tanto sentir como procesar información directamente dentro del guante".