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UCバークレー、伸縮ウェアラブルセンサーの製造を大幅高速化・低コスト化

UCバークレー工学部、カリフォルニア州

フォトリソグラフィより高速・低コストな新製造技術で作られたスーパーキャパシタアレイ。(画像:Peisheng He/UC Berkeley)

200ドルのビニールカッターでフォトリソグラフィを置き換え

UCバークレーのエンジニアたちは、ウェアラブルセンサーの製造新技術を開発し、医学研究者たちが新設計を従来手法よりはるかに高速かつ低コストでプロトタイピング・テストできるようにしました。

新技術は、クリーンルームでコンピュータチップを作るために使用される多段階プロセスであるフォトリソグラフィを、200ドルのビニールカッターに置き換えます。この斬新なアプローチにより、センサーの少量バッチ製造時間をほぼ90%短縮し、コストをほぼ75%削減します。と、バークレーで機械工学博士課程中にこの技術を開発したRenxiao Xu氏。

ウェアラブルセンサーは、研究者たちが患者から長期間にわたり医療データを収集するためによく使用されます。皮膚に貼る絆創膏タイプから臓器に装着する伸縮インプラントまで様々で、健康監視や疾病診断のための高度なセンサーを活用しています。

伸縮性「スマートメッシュ」を二モード切削製造プロセスで作製。このデバイスは皮膚装着型汗抽出・センシングに応用可能。(画像:Peisheng He/UC Berkeley)

これらのデバイスは、インターコネクトと呼ばれる平らな配線、センサー、電源、スマートフォンアプリや他のレシーバーにデータを通信するアンテナで構成されます。完全な機能を維持するため、皮膚や装着臓器と共に伸び、曲がり、ねじれても、回路を損なうひずみを生じない必要があります。

低ひずみ柔軟性を達成するため、エンジニアは「アイランドブリッジ」構造を使用します。アイランドには市販抵抗器、コンデンサ、カーボンナノチューブのようなラボ合成コンポーネントなど、剛性エレクトロニクスとセンサーコンポーネントが収容されます。ブリッジはアイランド同士を接続します。らせんやジグザグ形状がバネのように伸び、大きな変形を吸収します。

過去には、研究者たちはフォトリソグラフィを用いてこれらのアイランドブリッジシステムを構築してきました。光を使って半導体ウェハーにパターンを作る多段階プロセスです。この方法でウェアラブルセンサーを作るにはクリーンルームと高度な装置が必要でした。

新技術はよりシンプルで高速、経済的です。特に医学研究者たちがテストのために通常必要とする1〜2ダースのサンプルを作る場合に威力を発揮します。

この技術の説明はACS『Nano』誌に掲載されました。現在はAppleに勤務するXu氏と、機械工学教授でバークレーセンサー&アクチュエータセンター共同所長のLiwei Lin氏が主任研究者でした。

詳細については、Sarah Yang氏までお問い合わせください。メール:保護されたアドレス、電話:510-643-6803。

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