رقاقة مسطحة تستطيع التحول إلى آلات ثلاثية الأبعاد معقدة
استخدم باحثون تقنيات متوافقة مع تصنيع الرقاقات لصنع هياكل مسطحة تتحول إلى قباب وأسطح منحنية وعاكسات قابلة للضبط. قد تخدم الفكرة مستقبلاً الحساسات والبصريات والمعدات الفضائية، لكنها تعرض هياكل ميكانيكية ولم تنتج بعد رقاقة حاسوبية كاملة قابلة للطي.
كيانات وموضوعات موثّقة
تُصنع الإلكترونيات الحديثة فوق رقاقات مسطحة، حتى عندما يكون الجهاز المطلوب منحنياً. وقد عرض باحثون طريقة تسمح بصنع الهيكل في صورة مسطحة، ثم تحويله إلى شكل ثلاثي الأبعاد ثابت ذي انحناء محدد مسبقاً.
الخلاصة في 30 ثانية
- ماذا حدث؟ صنع فريق صفائح منقوشة بتقنيات مستخدمة في معالجة الرقاقات، ثم حوّلها إلى قباب وأسطح سرجية وعاكسات مكافئة قابلة للضبط.
- لماذا يهم؟ قد تُصنع الحساسات والمكونات البصرية مستقبلاً بعمليات مسطحة دقيقة، ثم تتحول لتناسب أجساماً منحنية أو روبوتات أو مركبات فضائية.
- ما الذي لم يُثبت؟ النماذج هياكل ميكانيكية وعاكسات، وليست معالجات مكتملة أو أجهزة تجارية أو خطوط إنتاج واسعة.
المعلومة الأهم
تحول قرص مسطح إلى قبة ثابتة، بينما أنتجت العاكسات المكافئة أنماطاً ضوئية وافقت التوقعات الهندسية للفريق.
لماذا يسبب التصنيع المسطح مشكلة؟
تتقن مصانع أشباه الموصلات رسم أنماط دقيقة على الأسطح المسطحة. يناسب ذلك الشرائح التقليدية، لكنه يصبح عائقاً عندما يجب أن يلتف الجهاز حول عين، أو يتبع جسم روبوت، أو ينفتح بعد إطلاقه إلى الفضاء.
يمكن نقل الإلكترونيات المرنة إلى سطح منحني، لكن إجبار صفيحة مسطحة على الانحناء في اتجاهين قد يمددها أو يجعدها أو يتلفها. أما الدراسة المنشورة في Nature Communications فتضع معلومات الانحناء داخل تصميم الصفيحة منذ البداية.
كيف تعرف الصفيحة شكلها النهائي؟
يقسم التصميم الصفيحة إلى خلايا ذات تمدد جانبي غير مألوف، تعرف بالبنى المساعدة على التمدد (Auxetic Structures). ولكل خلية حالتان مستقرتان. يغير الباحثون هندسة الخلايا من منطقة إلى أخرى، فتتمدد أجزاء الصفيحة بنسب مختلفة عندما تنتقل إلى الحالة الثانية.
تبدأ خوارزمية التصميم بتسطيح النموذج الثلاثي الأبعاد، ثم تحسب مقدار التمدد المحلي اللازم لاستعادة الانحناء المطلوب. بعد ذلك تُصنع الصفيحة بتقنيات متوافقة مع معالجة الرقاقات، ويؤدي الضغط الميكانيكي إلى نشر الشكل النهائي.
لا يتعلق الأمر بثني دائرة مرنة فحسب. فالهيكل يحافظ على حالته الجديدة من دون قوة مستمرة. وتوضح أعمال سابقة حول الهياكل القابلة للنشر ذات الحالتين المستقرتين سبب أهمية هذه التحولات للمعدات الخفيفة التي يجب نقلها في حجم صغير.
من القباب إلى البصريات القابلة للضبط
اختبر الفريق قبة كروية انطلقت من قرص مسطح، ثم طبق الفكرة على أسطح ذات انحناءات موجبة وسالبة. كما صنع عاكسات مكافئة يمكن تغيير بعدها البؤري من خلال عملية النشر.
تضيف تجربة العاكس وظيفة حقيقية بدلاً من عرض شكل فقط. وقد تشمل الاستخدامات المستقبلية مصفوفات حساسات منحنية وبصريات متكيفة وهوائيات وأجهزة تلائم أسطحاً غير منتظمة. وتوضح أبحاث الهوائيات الفضائية القابلة للنشر قيمة وضع سطح كبير داخل مساحة إطلاق محدودة.
قبل أن نسميها حاسوباً قابلاً للطي
- لم تدمج الدراسة معالجاً عاملاً أو نظام طاقة أو دائرة إلكترونية كثيفة داخل الأشكال المنشورة.
- جرت التجارب في المختبر، وما زالت مقاومة التعب وتكرار الفتح والتحمل البيئي بحاجة إلى اختبار.
- شارك باحثان في طلب براءة مؤقتة، ولم تُحدد كلفة التصنيع أو نسبة النجاح على نطاق صناعي.
- تحتاج الاستخدامات الطبية أو الفضائية إلى برامج منفصلة للتحقق من السلامة والاعتمادية.
ماذا يحدث بعد ذلك؟
سيكون الاختبار الحاسم دمج إلكترونيات حقيقية مع الحفاظ على أدائها أثناء التحول. كما يلزم اختبار هياكل أكبر وتفاصيل أصغر وعدد كبير من دورات النشر.
النتيجة ليست رقاقة تتحول إلى حاسوب كامل، بل مسار تصنيع قد يسمح لجهاز إلكتروني أو بصري بأن يبدأ على رقاقة مسطحة مألوفة، ثم يكتسب شكله الثلاثي الأبعاد المفيد لاحقاً.
المصادر والمراجع4 مصادر
المراجع الخارجية المستخدمة لدعم المعلومات الواردة في هذا المقال.
نشر بواسطة
مكتب نيو تقنية – العلوم
فريق تحريري مؤسسي تابع لنيو تقنية
