В сложной современной микросхеме бывает достаточно выйти из строя одному лишь контакту — и все устройство может полностью потерять работоспособность. Если только контакты эти не делать «залечивающимися» самостоятельно.

«Самолечение» электроники: заполненные жидким металлом микрокапсулы наносятся поверх микросхемы с проводниками. При появлении в проводнике разрыва микрокапсулы разрушаются, и металл заполняет его
Авторы работы — Нэнси Соттос, Скотт Уайт и Джеффри Мур (Jeffrey Moore)

Чем сложнее и миниатюрнее становятся микросхемы, чем плотнее производители размещают их компоненты, тем с большими проблемами им приходится сталкиваться. Устройство становится чувствительным к флуктуациям температуры, быстрее деградирует со временем… а выход из строя лишь одной детали, одного единственного проводника может привести к отказу всей схемы. Ремонт крохотных схем — занятие неблагодарное, а зачастую и вообще невозможное, и обычно их приходится заменять на новые.

Если в быту с этим приходится мириться — и мы лишь вынуждены регулярно обновлять свой «домашний парк» компьютеров и электроники — то в некоторых ситуациях такое положение вещей неприемлемо. Речь, конечно, идет о таких сферах применения, как военное дело, космонавтика, транспорт — тех, где просто нельзя оставлять места для ошибки и сбоя. В итоге электронные системы здесь становятся чрезвычайно усложненными, с дублированием работы всех критических компонентов, или со встроенной системой диагностики.

Упростить это положение обещает работа американских исследователей, проделанная под руководством Скотта Уайта (Scott White) и Нэнси Соттос (Nancy Sottos). Авторы предложили микросхему, которая самостоятельно восстанавливает функциональность нарушенных проводников — и делает это в считанные мгновения.

Для демонстрации своей идеи ученые взяли простой золотой проводник на подложке и напылили на него крошечные 10-микронные капсулы, заключавшие в себе жидкий металл. При появлении небольшого разрыва в проводнике под действием температуры капсулы разрушались, и металл заполнял разрыв. Течение тока восстанавливается за миллисекунды. По результатам первых испытаний в 90% образцов электропроводность восстанавливалась на величину в 99% исходной.

На каждый такой «ремонт» требуется совсем немного микрокапсул, остальные остаются интактными и могут пригодиться в следующий раз. Восстановление микросхемы происходит «автоматически», без какого-либо участия или команды со стороны человека, без сложных встроенных электронных модулей диагностики повреждений. «В самолетах, особенно военных, сегодня сплетены многие километры проводов, — говорит один из авторов работы, — И если возникает разрыв, часто бывает трудно определить, где именно его искать… Наша система этого не требует: она «знает», где находится неполадка, даже если мы этого не знаем».

Теперь, конечно, ученые заняты совершенствованием метода и поиском других путей использования своего «микрокапсульного» подхода. В идеале они хотят интегрировать их и в современные электрохимические системы аккумуляторов и батарей, с тем, чтобы повысить их эффективность и срок службы.

По пресс-релизу University of Illinois