Des chercheurs du MIT ont mis au point une méthode novatrice de fabrication d’éléments électroniques, sans utiliser de semi-conducteurs. En exploitant l’impression 3D avec des polymères biodégradables, ils aspirent à rendre la technologie accessible à tous, permettant même la création de hardware intelligent à domicile. Une révolution en perspective !
Les semi-conducteurs jouent un rôle crucial dans l’électronique moderne, offrant des capacités de calcul et de contrôle des signaux électriques. Cependant, leur complexité et leur coût élevé incitent des chercheurs à explorer des alternatives, notamment un procédé « sans semi-conducteurs » visant à démocratiser l’accès à l’électronique.
Une équipe de scientifiques du MIT a fait une découverte remarquable en tentant de fabriquer des bobines magnétiques à l’aide de l’impression par extrusion. Ce processus consiste à faire fondre un filament et à éjecter le matériau résultant par une buse, imprimant ainsi une forme en 3D couche par couche. L’extrusion est une méthode d’impression 3D bien connue que les ingénieurs peuvent utiliser pour générer des portes logiques capables de contrôler l’électricité sans composants semi-conducteurs.
Les chercheurs affirment que leur méthode convient à l’impression de fusibles réinitialisables, un élément essentiel pour l’électronique active. L’équipe a fabriqué ces dispositifs avec des machines d’impression 3D standards et abordables, utilisant un matériau polymère biodégradable bon marché contenant des nanoparticules de cuivre. Ils ont découvert qu’un passage important de courant électrique dans le matériau provoque un pic de résistance électrique avant que celui-ci ne retourne à son état initial lorsque le courant est interrompu.
Dans leur étude, l’ingénieur du MIT Jorge Cañada et le scientifique principal Luis Fernando Velásquez-García ont exploité cette capacité semblable à celle des semi-conducteurs pour imprimer des interrupteurs. Bien qu’ils ne possèdent pas les capacités computationnelles des transistors à base de silicium, ces interrupteurs polymères se sont révélés efficaces dans des fonctions mécaniques, comme l’activation et la désactivation d’un moteur.
Figure 3. Exemple du comportement d’une piste conductrice imprimée en 3D, de section variable, lorsqu’elle est soumise à un courant électrique élevé. Image optique (à gauche) d’un circuit imprimé en 3D comprenant plusieurs géométries en série et images thermiques du circuit lors de l’application de 10 mA (au centre) et 50 mA (à droite).
« Cette technologie a un potentiel réel. Bien que nous ne puissions pas rivaliser avec le silicium en tant que semi-pilote, notre objectif n’est pas de remplacer ce qui existe, mais de pousser la technologie d’impression 3D dans des territoires inexplorés. En résumé, il s’agit vraiment de démocratiser la technologie. Cela pourrait permettre à n’importe qui de créer du hardware intelligent loin des centres de fabrication traditionnels, » a déclaré Velásquez-García à MIT News.
Les portes logiques imprimées ont montré une fiabilité même après des milliers de cycles de commutation. Velásquez-García a expliqué que les fabricants pourraient utiliser cette méthode dans des dispositifs bon marché ne nécessitant pas le meilleur transistor disponible sur le marché.
« Au final, ce qui importe, c’est de savoir si votre dispositif peut accomplir la tâche, » a-t-il déclaré. « Cette technologie est capable de répondre à une contrainte de cette nature. »
L’équipe du MIT essaie de présenter cette méthode d’impression 3D nouvellement découverte comme une solution potentielle à la problématique d’accessibilité de la fabrication de semi-conducteurs. Les composants électroniques actifs sont devenus particulièrement recherchés durant la pandémie de COVID-19, entraînant des implications mondiales tests et une forte hausse des prix.
Des portes logiques facilement imprimables, avec la bonne « recette » de matériaux, pourraient offrir une alternative à la fabrication électronique dans des laboratoires, des entreprises, et même à domicile, sans avoir à céder à la spéculation économique ou à un monopole de fabrication. Cependant, l’équipe continue de travailler pour développer une version améliorée de sa technologie. Leur objectif ultime est de faire progresser la technique de manière à imprimer des dispositifs électroniques complètement développés avec des circuits plus complexes et de meilleures performances.