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Los investigadores de Samsung demuestran la viabilidad en la comercialización de los dispositivos ‘Apretables’

Imagen: Samsung – 2021

Recientemente, las pantallas de forma libre 1 han ido ganando terreno como tecnología de próxima generación que permitirá tanto imágenes de alta resolución como portabilidad al mismo tiempo. Si bien la tecnología aún se encuentra en sus etapas iniciales, se han llevado a cabo investigaciones importantes sobre pantallas extensibles (una tecnología central para pantallas de forma libre) que se pueden estirar en todas las direcciones como bandas de goma para cambiar sus formas.
 
Avances en la pantalla extensible y los sensores

El 4 de junio, investigadores del Instituto de Tecnología Avanzada de Samsung (SAIT), el centro de I + D de Samsung dedicado a las tecnologías del futuro de vanguardia, publicaron la investigación 2 en la revista de renombre mundial 'Science Advances' sobre una tecnología que supera las limitaciones de los dispositivos extensibles. .
 
A través de este estudio, se logró un rendimiento estable en un dispositivo estirable con alto alargamiento. Esta investigación también fue la primera en la industria en probar el potencial de comercialización de los dispositivos extensibles, dado que la tecnología es capaz de integrarse con los procesos de semiconductores existentes.
 
El equipo de investigación de SAIT pudo integrar una pantalla LED orgánica extensible (OLED) y un sensor de fotopletismografía (PPG) en un solo dispositivo para medir y mostrar la frecuencia cardíaca del usuario en tiempo real, creando así el factor de forma de 'piel electrónica estirable' . El éxito de este caso de prueba demuestra la viabilidad de expandir la tecnología a otras aplicaciones. Se espera que esta investigación aumente la aceptación de dispositivos extensibles en el futuro.
 
El equipo de investigación de SAIT que demostró la viabilidad de los dispositivos extensibles: el investigador principal del Laboratorio de Materiales Orgánicos de SAIT, Jong Won Chung (co-primer autor), el investigador principal Youngjun Yun (autor correspondiente) y el investigador del personal Yeongjun Lee (co-primer autor)
 
Pantalla OLED de 'piel' que se puede estirar hasta en un 30%
 
Uno de los mayores logros de esta investigación fue que el equipo pudo modificar la composición y estructura del 'elastómero', un compuesto polimérico con excelente elasticidad y resiliencia, y utilizar los procesos de fabricación de semiconductores existentes para aplicarlo a los sustratos de las pantallas OLED extensibles. y sensores ópticos de flujo sanguíneo por primera vez en la industria. Luego, el equipo pudo confirmar que el sensor y la pantalla continuaron funcionando normalmente y no mostraron ninguna degradación del rendimiento con un alargamiento de hasta un 30%.
 
SAIT Proto System
 
Para poner su investigación a prueba, los investigadores de SAIT conectaron sensores de frecuencia cardíaca PPG extensibles y sistemas de visualización OLED en la muñeca interna cerca de la arteria radial. 3 Hacer esto les permitió confirmar que el movimiento de la muñeca no causó ningún deterioro de la propiedad, y que la solución se mantuvo confiable con un alargamiento de la piel de hasta un 30%. Esta prueba también confirmó que el sensor y la pantalla OLED continuaron funcionando de manera estable incluso después de estirarse 1,000 veces. Además, al medir las señales de una muñeca en movimiento, se descubrió que el sensor captaba una señal de latido que era 2,4 veces más fuerte de lo que captaría un sensor de silicio fijo.
 
“El punto fuerte de esta tecnología es que le permite medir sus datos biométricos durante un período más largo sin tener que quitar la solución cuando duerme o hace ejercicio, ya que el parche se siente como parte de su piel. También puede verificar sus datos biométricos de inmediato en la pantalla sin tener que transferirlos a un dispositivo externo ”, explicó el investigador principal Youngjun Yun, autor correspondiente del artículo. "La tecnología también se puede ampliar para su uso en productos sanitarios portátiles para adultos, niños y bebés, así como para pacientes con determinadas enfermedades".
 
Superar los desafíos técnicos con estructuras y materiales elásticos
 
La implementación de la tecnología de pantalla extensible resulta difícil porque, por lo general, cuando una pantalla se estira o se manipula su forma, el dispositivo se rompe o su rendimiento se deteriora. Para superar este problema, todos los materiales y elementos, incluido el sustrato, el electrodo, el transistor de película delgada, la capa de material de emisión y el sensor, deben tener capacidad de estiramiento física, así como la capacidad de mantener sus propiedades eléctricas.
 
Por lo tanto, los investigadores de SAIT reemplazaron el material plástico utilizado en las pantallas extensibles existentes con elastómero. El sistema desarrollado por el equipo de SAIT es el primero en el sector en implementar una pantalla y un sensor mediante procesos de fotolitografía que permiten micropatrones y procesamiento de gran área.
 
El elastómero es un material avanzado con alta elasticidad y resiliencia, pero tiene una capacidad limitada para aplicarse a los procesos de semiconductores existentes porque es vulnerable al calor. Para mitigar esto, el equipo fortaleció la resistencia térmica del material adaptando su composición molecular. También integraron químicamente ciertas cadenas de moléculas para establecer una resistencia a los materiales utilizados en los procesos de semiconductores.
 
“Aplicamos una estructura de 'isla' para aliviar el estrés 4 causado por el alargamiento”, dijo el investigador Yeongjun Lee, co-primer autor del artículo. “Se indujo más tensión en el área del elastómero, que tiene un coeficiente de elasticidad 5 relativamente bajo y, por lo tanto, es más probable que se deforme. Esto nos permitió minimizar el estrés sostenido por el área de píxeles OLED, que es más vulnerable a dicha presión. Aplicamos un material de electrodo estirable (metal agrietado) que resiste la deformación en el área del elastómero, y esto permitió que los espacios y los electrodos de cableado entre los píxeles se estiraran y encogieran sin que los píxeles OLED se deformaran ".
 
Comercialización y aplicaciones ampliadas
 
El sensor extensible se fabricó de una manera que hace posible la medición continua de los latidos del corazón con un alto grado de sensibilidad en comparación con los sensores portátiles fijos existentes. La solución hace esto al facilitar una adhesión cercana a la piel, lo que minimiza las inconsistencias de desempeño que pueden ser causadas por el movimiento. 
 
El sensor extensible y la pantalla OLED desarrollados por el equipo de SAIT se lograron superando las limitaciones en el rendimiento del dispositivo existente y los procesos operativos, incluidos los de los materiales extensibles actuales. El trabajo realizado por el equipo de SAIT es particularmente significativo porque ha asegurado la resistencia química y al calor para el material elastómero, lo que hace que la comercialización de dispositivos extensibles con alta resolución y pantallas grandes sea más probable en el futuro.
 
"Nuestra investigación aún se encuentra en las primeras etapas, pero nuestro objetivo es realizar y comercializar dispositivos extensibles aumentando la resolución del sistema, la capacidad de expansión y la precisión de la medición a un nivel que haga posible la producción en masa", dijo el investigador principal Jong Won Chung, coprimero autor del artículo. “Además del sensor de latidos que se aplicó en este caso de prueba, planeamos incorporar sensores extensibles y pantallas de forma libre de alta resolución para permitir a los usuarios monitorear cosas como la saturación de oxígeno periférico, lecturas de electromiogramas y presión arterial”.

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