Primo circuito elettronico che si autoripara

Capsule che riparano circuiti elettronici. Crediti: Università dell'Illinois

Champaign, Illinois – Per la prima volta scienziati americani sono riusciti a creare un circuito elettronico che si autoripara grazie a polimeri presenti sulla superficie delle piste elettriche. La tecnologia potrebbe essere utilizzata nello spazio o per  prolungare la durata dei dispositivi elettronici e delle batterie.

Un team di ingegneri dell’Università dell’Illinois ha sviluppato un sistema di auto-guarigione che ripristina la conducibilità elettrica di un circuito rotto in un tempo brevissimo. Il team, guidato dal professore di ingegneria aerospaziale Scott White e dal docente di scienza e ingegneria dei materiali  Nancy Sottos, ha pubblicato i risultati nella rivista Advanced Materials.

“Si semplifica il sistema”, ha affermato professore di chimica Jeffrey Moore, co-autore dello studio. “Invece di dover costruire circuiti ridondanti, o circuiti dedicati alla diagnostica, questo materiale è stato progettato per prendersi cura del problema fisico sul circuito”.

Poiché i dispositivi elettronici si stanno evolvendo per eseguire attività sempre più sofisticate, i produttori cercano di mettere sempre più componenti su un singolo chip. Tuttavia, una elevata densità crea problemi di affidabilità. Un guasto in un solo punto del circuito è in grado di arrestare tutto il dispositivo.

“In generale non c’è molta possibilità per la riparazione manuale” ha detto Sottos. “A volte non si può raggiungere l’interno del circuito. In un circuito multistrato integrato, non c’è modo di raggiungere il guasto. Normalmente occorre sostituire interamente il chip”.

Maggior parte dei dispositivi di consumo sono destinati ad essere sostituiti con una certa frequenza, andando ad aggravare l’emergena dei rifiuti elettronici e del loro smaltimento, ma in molte importanti applicazioni – come strumenti o veicoli per lo spazio o per scopi militari – i guasti elettrici non possono essere sostituiti o riparati.

La squadra dell’Università dell’Illinois aveva precedentemente sviluppato un sistema di auto-guarigione con materiali polimerici e ha deciso di adattare la tecnica nei sistemi conduttivi. Hanno disperso piccole microcapsule, di circa 10 micron di diametro, su una  linea conduttiva funzionante in oro. Hanno poi creato una frattura nel chip, che ha provocato la rottura anche delle microcapsule presneti sulla superficie, che hanno rilasciato metallo liquido contenuto al loro interno. Il metallo liquido ha riempito il vuoto nel circuito, ripristinando il flusso elettrico.

“La cosa veramente interessante di questo lavoro è che si tratta del primo esempio in cui l’approccio a microcapsule viene applicato ad una nuova funzione,” ha affermato White. “Si tratta di una riparazione strutturale, ossia di un ripristino di conduttività.”

Un guasto interrompe la corrente per alcuni microsecondi, mentre il metallo liquido va a riempire subito la frattura. I ricercatori hanno dimostrato che il 90 per cento dei loro chip sono “guariti” al 99 per cento della conducibilità originale, anche con una piccola quantità di microcapsule.

Il sistema di auto-guarigione sistema ha anche il vantaggio di essere localizzato e autonomo.

“In un aereo ci sono chilometri e chilometri di fili,” ha detto Sottos. “Non capita spesso di sapere dove si verifica la rottura.”.

I ricercatori prevedono di perfezionare ulteriormente il loro sistema ed esplorare altre possibilità per l’utilizzo delle microcapsule per il controllo della conducibilità. Sono particolarmente interessati ad applicare le microcapsule nei sistemi di batterie, per migliorare la loro sicurezza e longevità.