พวกเขาออกแบบชิปที่ทำจากผิวหนังของเชื้อราที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ง่าย

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Johannes Kepler ในเมืองลินซ์ ประเทศออสเตรีย ได้สร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพรูปแบบใหม่ที่เรียกว่า MycelioTronics และมีศักยภาพที่ดีในการลดขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างความเสียหายให้กับฮาร์ดแวร์ทุกชนิด

แนวคิด ใหม่นี้ตั้งอยู่บนพื้นฐานของการเพาะเลี้ยงและแปรรูปเปลือกของเชื้อราเพื่อใช้เป็นวัสดุพื้นฐานที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

ในปัจจุบันวงจรไฟฟ้าทั้งหมดที่ทำจากโลหะนำไฟฟ้าจะต้องวางอยู่บนฐานฉนวนและระบายความร้อนที่เรียกว่าซับสเตรต ในชิปคอมพิวเตอร์เกือบทั้งหมด ซับสเตรตนี้ทำจากพอลิเมอร์พลาสติกที่ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ซึ่ง มักถูกทิ้งเมื่อสิ้นสุดอายุการใช้ งานของชิป

สิ่งนี้มีส่วนทำให้เกิดขยะอิเล็กทรอนิกส์ 50 ล้านตันที่ผลิตในแต่ละปี ความเสถียรทางความร้อนที่ดีเยี่ยมและลักษณะที่เป็นฉนวนไฟฟ้าของโครงข่ายลักษณะทำให้เส้นใยไมซีเลียลเป็นซับสเตรตที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่เหมาะสมอย่างมากสำหรับวงจรอิเล็กทรอนิกส์

Martin Kaltenbrunner จากมหาวิทยาลัย Johannes Kepler ในเมืองลินซ์ ประเทศเยอรมนี กล่าวว่า "วัสดุพิมพ์เองนั้นรีไซเคิลได้ยากที่สุด “มันยังเป็นกลุ่มอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากและเป็นมูลค่าที่ต่ำที่สุด ดังนั้นหากคุณมีชิปบางตัวที่มีมูลค่ามากจริงๆ คุณอาจต้องการรีไซเคิลพวกมัน »

นักวิจัยได้ปลูกและแปรรูปผิวหนังของไมซีเลียมเชื้อราเป็นวัสดุซับสเตรตที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพทางเลือก

"ผิวหนัง" มีพื้นฐานมาจากเชื้อราที่เติบโตตามธรรมชาติบนไม้เนื้อแข็งที่ตายแล้วในสภาพอากาศอบอุ่นที่ไม่รุนแรง มีความคงตัวทางความร้อนสูงและมีรูปร่างที่ยืดหยุ่น ซึ่งช่วยให้สามารถบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และอำนวยความสะดวกในการผลิตแผงเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ นอกจากนี้ยังสามารถทนต่อรอบการงอได้มากกว่า 2000 รอบอีกด้วย

ไมซีเลียมสามารถใช้ได้แม้กระทั่งในแบตเตอรี่พลังงานต่ำ นักวิจัยพบว่าแบตเตอรี่ไมซีเลียมสามารถจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ตรวจจับอัตโนมัติ ซึ่งรวมถึงโมดูล Bluetooth และเซ็นเซอร์ความชื้นและความใกล้ชิด นี่เป็นขั้นตอนสำคัญเพื่อความยั่งยืน

มีการกล่าวถึงว่าผิวหนังดังกล่าวไม่เจริญเติบโตบนเชื้อราชนิดอื่นที่นักวิจัยทดสอบ เมื่อพวกเขาทำการสกัดและทำให้ผิวหนังแห้งพวกเขาพบว่ามันมีความยืดหยุ่น เป็นฉนวนที่ดี สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงกว่า 200 องศาเซลเซียสและมีความหนาใกล้เคียงกับแผ่นกระดาษ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ดีสำหรับวัสดุรองรับวงจร

ผิวหนังอนุญาตให้ใช้เทคนิคการประมวลผลทางอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป รวมถึงการสะสมไอทางกายภาพและการสร้างลวดลายด้วยเลเซอร์ เพื่อให้ได้ร่องรอยทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูงถึง 9,75 ± 1,44 × 104 S cm-1 สกินอิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและเข้ารูปของ Mycelium ทนทานต่อรอบการยืดหยุ่นมากกว่า 2000 รอบ และสามารถโค้งงอได้หลายครั้งด้วยแรงที่เพิ่มขึ้นปานกลาง เราแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่เส้นใยไมซีเลียมมีความจุสูงถึง ~3,8 mAh cm-2 ซึ่งใช้ในการจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ตรวจจับแบบสแตนด์อโลน ซึ่งรวมถึงโมดูล Bluetooth และเซ็นเซอร์ความชื้นและพร็อกซิมิตี

หากเก็บรักษาให้ห่างจากความชื้นและรังสียูวีผิวหนังเทียมนี้อาจอยู่ได้นานหลายร้อยปีจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับอายุการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ที่สำคัญคือมันยังสามารถย่อยสลายได้ในดินภายในเวลาประมาณสองสัปดาห์ทำให้สามารถนำไปรีไซเคิลได้ง่าย

ในกระบวนการนี้ วงจรรวม (IC) เป็นตัวแทนของมวลรวมของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ส่วนใหญ่ เนื่องจากมีการใช้โลหะที่มีความหนาแน่นสูง แต่การผลิตในเวอร์ชันที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเป็นเรื่องยาก

ตัวอย่างเช่น แผงวงจรพิมพ์ของโทรศัพท์มือถือทั่วไปประกอบด้วยโลหะ 63 % โดยน้ำหนัก เซรามิก 24 % โดยน้ำหนัก และโพลีเมอร์ 13 % โดยน้ำหนัก

ในส่วนของการออกแบบนั้น ได้กล่าวไว้ดังนี้

(A) รูปถ่ายของแผงเซ็นเซอร์ที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่ไมซีเลียมสองเซลล์ โมดูล Bluetooth และเซ็นเซอร์อิมพีแดนซ์ที่มีโครงสร้างอิเล็กโทรดระหว่างดิจิตอล 
(B) การตอบสนองอิมพีแดนซ์ของเซ็นเซอร์ขึ้นอยู่กับความชื้นสัมพัทธ์ของสิ่งแวดล้อมเป็นอย่างมาก
(C) ปรับความจุและความต้านทานของโครงสร้างเซ็นเซอร์ระหว่างดิจิตอลตามฟังก์ชันของความถี่
(D) บล็อกไดอะแกรมของบอร์ดเซ็นเซอร์ที่สร้างและถ่ายโอนข้อมูลไปยังพีซีภายนอกระหว่างการทดลองไร้สาย
(E) นิ้วที่เข้าใกล้เซ็นเซอร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ชัดเจนในความจุของเซ็นเซอร์ 
(F) การตอบสนองความจุของเซนเซอร์ต่อการเข้าใกล้นิ้วซ้ำใน (E)
(G) การดูดบนแผ่นเซ็นเซอร์ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความชื้นที่ตรวจจับได้ชัดเจน 
(H) การตอบสนองของความจุต่อการเปลี่ยนแปลงความชื้นใน (G)
(I) การสลายตัวแบบแอโรบิกของสารตั้งต้น MycelioTronic PCB เกิดขึ้นภายใน 2 สัปดาห์ในดินที่ทำปุ๋ยหมัก 
(J) เปอร์เซ็นต์มวลของพื้นผิว PCB ที่สลายตัวที่แสดงใน (I) วัดได้ตลอด 11 วัน

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ เกี่ยว กับวงจรรวมที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพนั้นใช้ชีวมวลและวัสดุจากพืชเป็นพื้นฐานส่งผลให้ได้โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์แบบชั่วคราวโดยสมบูรณ์ซึ่งรวมถึงองค์ประกอบวงจรที่ย่อยสลายได้

นักวิจัยได้รับฟิล์มโลหะที่เหนียวเหนอะบนหนังที่เก็บเกี่ยวโดยมีความหยาบผิว Rrms 7,5 ± 1,8 μm โดยการสะสมทางกายภาพระหว่างการกลายเป็นไอ เพื่อให้สามารถประมวลผลวงจรได้ภายหลัง

ต่อจากนั้น ฟิล์มที่มีความต่อเนื่องในการทำซ้ำได้มาจากการสะสมทองแดง 400 นาโนเมตรเป็นมวลสื่อกระแสไฟฟ้า โดยมีโครเมียม 3 นาโนเมตรเพื่อให้การยึดเกาะดีขึ้น พวกเขาปรับปรุงการนำไฟฟ้าเพิ่มเติมโดยการวางชั้นทองคำหนา 50nm เพิ่มเติมที่ด้านบนของชั้นทองแดงเริ่มต้น

ด้วยความก้าวหน้าของเชื้อราล่าสุดเหล่านี้ ผิวหนังไมซีเลียมที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพอาจกลายเป็นวัสดุทางเลือกที่ยั่งยืนสำหรับอนาคตอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และเป็นการผลักดันต่อไปสู่แบตเตอรี่และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืน

สุดท้ายนี้หากคุณสนใจเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้คุณสามารถดูรายละเอียดได้ที่ลิงก์ต่อไปนี้