Trasistori di Legno Radicano

'Wooden Transistors Root'.

Il silicio ha sempre avuto un ruolo di primo piano nell’informatica. L’elemento è apprezzato per la sua bassa resistenza, l’elevato livello di stabilità e la diffusa disponibilità. Questi fattori rendono la sostanza naturalmente presente ideale per il trasporto di elettroni e dati in modo rapido, efficiente ed economico.

Tuttavia, è spuntato un nuovo ramo dell’elettronica. I ricercatori dell’Università di Linköping e del KTH Royal Institute of Technology in Svezia hanno sviluppato il primo transistor in legno al mondo . Sebbene sia ancora lontano dall’essere un dispositivo commerciale funzionale e non sia progettato per sostituire i semiconduttori CMOS, la prova del concetto promette di aprire una nuova era nell’informatica.

I transistor a base vegetale potrebbero supportare nuovi tipi di sensori e dispositivi, introducendo allo stesso tempo rifiuti elettronici compostabili. “Le fibre di legno introducono proprietà completamente diverse che potrebbero portare a nuovi tipi di sistemi elettronici e nuovi modi di interagire con la natura”, afferma Isak Engquist, professore associato senior di elettronica organica presso l’Università di Linköping e co-autore dell’articolo di marzo 2023, Modulazione della corrente elettrica nel transistor elettrochimico in legno .

Peter Fratzl, direttore del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces in Germania e redattore dell’articolo, aggiunge: “Un uso più consapevole dei materiali vegetali, basato su una profonda conoscenza della struttura e delle relazioni funzionali di questi materiali naturali, introdurrà utilizzi ad alto valore per le piante. Questo include il legno come materiale di stoccaggio dell’energia, il legno trasparente e le strutture in legno utilizzate come modelli per batterie ed elettrodi”.

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Un Nuovo Ramo dell’Elettronica

Le frontiere tra interfacce biotiche e abiotiche sono emerse come un’area di grande interesse negli ultimi anni. L’elettronica organica altamente flessibile a base di polimeri è già presente in display telefonici e altri dispositivi. Tuttavia, ora c’è un crescente interesse nel combinare una varietà di materiali – dalle cellule umane alle piante vere e proprie – nei sistemi informatici. Questo potrebbe portare a nuovi tipi di calcolo completamente innovativi.

Le microstrutture in legno e i canali di trasporto dell’acqua – strutture altamente complesse templatate da processi naturali – sono alla base di questa ricerca, afferma Daniel T. Simon, responsabile del gruppo di bioelettronica organica presso l’Università di Linköping. Ad esempio, i transistor in legno potrebbero portare a una nuova classe di semiconduttori che potrebbero essere integrati con alberi e altre piante per misurare inquinanti o forse programmare la produzione di frutta.

I ricercatori hanno utilizzato il legno di balsa, che possiede canali naturali e una struttura cellulare consistente e uniformemente distribuita, per supportare e regolare l’elettricità che fluisce continuamente. “La struttura porosa del legno lo rende ideale per il trasporto e la conducibilità degli ioni”, afferma Tran van Chinh, uno studente di dottorato che ha svolto il ruolo di ricercatore principale nel progetto ed è co-autore dell’articolo accademico del gruppo.

Il team ha trasformato il legno in un transistor rimuovendo la lignina, un polimero organico contenente ossigeno che si trova naturalmente negli alberi. Questo processo ha lasciato la struttura solo con le lunghe fibre di cellulosa che supportano i canali elettrici. I ricercatori hanno quindi riempito i canali con una plastica conduttiva chiamata PEDOT:PSS . Il risultato è stato un legno elettricamente conduttivo (CW) che è stato utilizzato per costruire un transistor elettrochimico in legno (WECT).

In passato, i ricercatori erano limitati a regolare solo il trasporto degli ioni nel legno; non erano in grado di costruire un intero circuito che potessero controllare completamente. La scoperta del gruppo offre un modello per la costruzione di transistor elettrochimici. “Il legno è molto attraente perché possiede canali che possono gestire sia il trasporto ionico che elettronico ed è compostabile e decomponibile”, afferma Engquist.

Le Scaglie di Legno Diventano ad Alta Tecnologia

Anche se i transistor in legno non possono competere con il silicio in termini di velocità e prestazioni – i transistor in legno operano solo a circa 1 Hz per ora – Engquist e altri ricercatori affermano che la tecnologia potrebbe modificare la relazione che gli esseri umani hanno con gli alberi e le piante, introducendo nuovi tipi di dispositivi. “Ci sono molti casi in cui la velocità non importa”, afferma.

Ad esempio, gli alberi con circuiti in legno potrebbero fungere da dispositivi Internet of Things (IoT) che elaborano dati utilizzando circuiti viventi incorporati. Oltre a accendere e spegnere la crescita e inizializzare la fioritura o la produzione di frutta, Simon ritiene che la tecnologia potrebbe sbloccare nuove nanotecnologie, dispositivi indossabili e dispositivi medici, e persino sistemi di stoccaggio dell’energia organica che potrebbero fungere da batterie e supercondensatori.

Un grande vantaggio dei circuiti a base di legno rispetto ai transistor CMOS, afferma Simon, è che acqua, sale e altri elementi corrosivi non influenzeranno negativamente le prestazioni o distruggeranno il circuito. Di conseguenza, il legno o materiali simili a base biologica potrebbero essere utilizzati in contesti sensibili, come all’interno del corpo umano o in ambienti umidi. “La tecnologia probabilmente porterà a nuove ed entusiasmanti aree di applicazione”, afferma Simon.

Tuttavia, probabilmente ci vorranno anni affinché la tecnologia WECT possa sbocciare e avere un impatto significativo sul mondo dell’informatica. Per ora, Engquist, van Chinh e altri continuano a sperimentare con diversi tipi di legno, varie orientazioni delle strutture cellulari e la combinazione di materiali con diverse proprietà polimeriche e conduttive al fine di ottenere risultati diversi.

“Questa ricerca è il primo passo importante nello sviluppo di un nuovo tipo di transistor, che amplia notevolmente ciò che è disponibile oggi con il silicio”, conclude Engquist. “Negli anni a venire, i transistor in legno potrebbero avere un enorme impatto sull’elettronica e sulla sostenibilità”.

Samuel Greengard è un autore e giornalista con sede a West Linn, OR, USA.