Các nhà nghiên cứu tại MIT đã tìm ra cách in 3D thiết bị điện tử chủ động – tức là các bóng bán dẫn và linh kiện để điều khiển tín hiệu điện mà không cần sử dụng chất bán dẫn thậm chí là công nghệ chế tạo đặc biệt.
Điều đó vượt xa những gì chúng ta hiện có thể làm với máy in 3D. Và nếu được hoàn thiện, phương pháp này cuối cùng có thể đánh dấu sự khởi đầu của làn sóng mới trong việc tạo mẫu, thử nghiệm, thậm chí là các dự án tự làm cho những người thợ sửa chữa tại nhà.
Với in 3D, bất kỳ loại vật liệu nào bao gồm sợi nhiệt dẻo, nhựa, gốm và kim loại được đặt thành các lớp mỏng liên tiếp để tạo thành vật thể ba chiều. Điều đó có nghĩa là bạn có thể in tất cả các loại vật liệu, từ các nhân vật hành động đến đồ trang sức, đồ nội thất đến các tòa nhà.
Vậy tại sao chúng ta không in 3D các thiết bị điện tử đang hoạt động? Thách thức lớn nhất là chất bán dẫn, vốn được làm từ silicon nguyên chất và cắt thành các tấm mỏng để chế tạo thành chip cho thiết bị điện tử, cực kỳ dễ vỡ. Chức năng của chúng có thể bị ảnh hưởng bởi bụi, các hạt trong không khí và vi khuẩn, thậm chí cả nhiệt độ và độ ẩm. Do đó, chúng được xử lý cẩn thận trong phòng sạch, nơi chất lượng không khí và các yếu tố khác được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo các chip được chế tạo bên trong hoạt động chính xác.
Thêm vào đó, thiết kế chip hiện đại cực kỳ phức tạp với hàng triệu hoặc hàng tỷ bóng bán dẫn được nhồi nhét vào bộ xử lý nhỏ sử dụng công nghệ xử lý ở quy mô nanomet. Điều đó chính xác hơn nhiều so với những gì chúng ta hiện có thể đạt được bằng máy in 3D tiêu chuẩn.
Để tham khảo, chip Gekko của IBM cung cấp năng lượng cho Nintendo GameCube vào năm 2001 có 21 triệu bóng bán dẫn. Chip Apple A12 Bionic trong iPhone XS năm 2018 có 6,9 tỷ bóng bán dẫn và được sản xuất bằng công nghệ xử lý 7 nanomet. Nói rõ hơn, in 3D thiết bị hiện đại không phải là mục tiêu mà các nhà nghiên cứu MIT hướng đến. Trên thực tế, họ thậm chí còn không nghĩ đến chất bán dẫn khi họ nghĩ ra điều này.
Các nhà nghiên cứu đã chế tạo các cuộn dây từ tính bằng một quy trình gọi là in đùn cho một dự án khác. Sau đó, họ quan sát thấy vật liệu họ đang sử dụng – một sợi polymer được pha tạp các hạt nano đồng sẽ biểu hiện sự gia tăng lớn về điện trở khi họ truyền dòng điện qua nó. Và ngay khi họ tắt dòng điện, điện trở của vật liệu giảm trở lại bình thường. Về cơ bản, đó là đặc tính mà chúng ta thấy ở chất bán dẫn như silicon. Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng chúng để tạo ra các bóng bán dẫn bật và tắt để tạo thành cổng logic trong bộ xử lý.
“Chúng tôi thấy đây là thứ có thể giúp đưa phần cứng in 3D lên tầm cao mới, nó cung cấp một cách rõ ràng để cung cấp một số mức độ ‘thông minh’ cho một thiết bị điện tử”, Luis Fernando Velásquez-García, nhà khoa học nghiên cứu chính tại Phòng thí nghiệm công nghệ Microsystems của MIT cho biết.
Khả năng in 3D thiết bị điện tử chủ động có thể mở khóa việc chế tạo ở những vùng xa xôi – thậm chí trên tàu vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu đã chứng minh cầu chì và bóng bán dẫn có thể phục hồi được in 3D hoàn toàn bằng vật liệu giá rẻ này. Đây là những thành phần đơn giản nhưng thiết yếu trong các thiết bị điện tử thường sử dụng chất bán dẫn khó xử lý.
Với kích thước vài trăm micron, bóng bán dẫn này không nhỏ hoặc hiệu suất bằng bóng bán dẫn bạn tìm thấy trên bộ xử lý iPhone. Tuy nhiên, chúng bền và có thể sử dụng cho nhiều ứng dụng đơn giản. Bao gồm một thứ đơn giản như công tắc để vận hành động cơ và biến thành các bộ phận cho mạch tích hợp.
“Thực tế có nhiều tình huống kỹ thuật không đòi hỏi những con chip tốt nhất, cuối cùng tất cả những gì bạn quan tâm là liệu thiết bị của bạn có thể thực hiện nhiệm vụ hay không. Công nghệ này có thể đáp ứng được một ràng buộc như vậy”, Fernando Velásquez-García cho biết.
Với vật liệu phân huỷ sinh học và không cần phòng sạch, phương pháp sản xuất thiết bị điện tử đơn giản này có thể được sử dụng ở những nơi khó chế tạo thiết bị cao cấp như phòng nghiên cứu xa xôi và “tàu vũ trụ trên tàu”.
An Hạ
https://vietq.vn/cong-nghe-moi-cho-phep-in-3d-cac-thiet-bi-dien-tu-ma-khong-can-chat-ban-dan-d227193.html
