IoT sprawia, że zapotrzebowanie na elektronikę jest tak wielkie, jak nigdy dotąd. Niestety, ale PCB, czyli płytka drukowana i elementy elektroniczne są nieprzyjazne dla środowiska, oraz stosunkowo drogie. Okazuje się jednak, że powstało rozwiązanie, które może rozwiązać obydwa te problemy jednocześnie: jest nim papierowa elektronika. Ta przy okazji ma także kilka innych zalet oraz… całkiem sporo wad. Na pewno nie jest to więc koniec standardowej elektroniki.
Papierowa elektronika przyszłością IoT
Tworzenie PCB to nie jest zbyt czysty proces. Opiszę go wam z perspektywy projektowania najprostszych płytek, które sam miałem przyjemność robić w ramach zajęć. Otóż przede wszystkim potrzebna jest płytka laminowana z włókna szklanego, na której napylona jest warstwa przewodnika – najczęściej miedzi.
Najpierw należy wyciąć interesujący nas kształt i rozmiar układu. Następnie należy na niej rozrysować ścieżki i zabezpieczyć je warstwą lakieru lub innej kwasoodpornej powłoki. Tak przygotowaną płytkę można już umieścić w kwasie, aż ten rozpuści niezabezpieczoną miedź. Następnie należy przewiercić otwory montażowe elementów oraz oczyścić złącza z lakierów i można już lutować do niej elementy potrzebne do budowy układu. Jeśli obraz przemawia do Was bardziej, to znalazłem taki poradnik wideo:
Przy produkcji przemysłowej proces ten wygląda podobnie, chociaż laminat jest cieńsza, często wielowarstwowa, ścieżki znacznie cieńsze, elementy mniejsze i ogólnie proces jest znacznie efektywniejszy. Wciąż jednak stosunkowo brudny, kosztowny, a powstałe tak elektrośmieci nie ulegają rozkładowi i trudno o ich recykling, co jest szczególnie uciążliwe w przypadku IoT. Papierowa elektronika rozwiązuje wszystkie wyżej wymienione problemy.
Papierowa elektronika rozwiązuje problemy
Oczywiście papierowe PCB nie powstaje na zwykłej drukarce ze standardowym tuszem. Ta musi nakładać tusz przewodzący. Co więcej, nie jeden, a kilka jego rodzajów. Ponieważ na papierze da się wydrukować także rezystory – o dziwo także nastawne, a dzięki drukowi warstwowemu także kondensatory i niektóre półprzewodniki. To oznacza, że jak w drukarce mamy zwykle paletę kolorów CMYK, tak papierowa elektronika wymaga przewodnika, izolatora, półprzewodników i przewodnika, ale o wyższej rezystancji.
Oczywiście dołączenie standardowych elementów wciąż jest do niej możliwe, chociaż raczej nie za pomocą lutu, a kleju. W ten sposób powstaje elektronika, która ulega rozpadowi, można ją recyklingować odzyskując papier i elementy tuszu, oraz bezpiecznie spalić w piecach wyposażonych w odpowiedni filtry. Co więcej, jest ona w pełni elastyczna, co zwiększa możliwości jej zastosowania. Świetnie sprawdzi się w parze z elastycznym ekranem.
Papierowa elektronika ma także własne problemy
Niska trwałość sprawia jednak, że nie wszędzie znajdzie ona zastosowanie. Parametry elementów, które da się wydrukować, również są dość mocno ograniczone. Dla rezystorów jest to zakres od 20 Ω do 285 kΩ, a w przypadku tranzystorów mowa jest o pojemności około 3,29 mF. Jeśli ktoś nie wie, co te cyfry oznaczają, to powiem tyle: dla wielu układów takie parametry są wystarczające, jednak nie dla wszystkich.
Dodatkowo papierowa elektronika znacznie gorzej znosi wysokie temperatury, w przeciwieństwie do klasycznych PCB nie pomaga w rozpraszaniu ciepła, oraz jest znacznie bardziej podatna na wilgoć. Dodatkowo jej niska trwałość i biodegradowalność nie sprawdzają się w przypadku układów, które są dedykowane dłuższej eksploatacji.
Papierowa elektronika – zrób to sam
Technicznie rzecz biorąc i Ty możesz zrobić prosty układ z papierowym PCB. Właściwie to bardzo prosty układ, ale czasami warto zrobić coś tylko dlatego, że to zabawne. Otóż potrzebny jest Ci ołówek i kartka papieru oraz jakieś źródło zasilania – np. Bateria AA/AAA i odbiornik – żarówka albo dioda świecąca. Narysuj ołówkiem dwie ścieżki, a następnie bardzo mocno zamaż te linie, dociskając ołówek do kartki – im grubsze i bardziej dociśnięte krechy, tym lepiej. Rysuj tak, jakbyś chciał wywołać zawał u nauczyciela od rysunku technicznego.
Następnie podłącz do jednej plus, a do drugiej minus baterii i a po drugiej stronie przyłącz do tych linii żarówkę/diodę – tu pamiętaj o polaryzacji, czyli jeśli się nie zaświeci, to podłącz ją odwrotnie. Jeśli wszystko zrobiłeś dobrze to brawo, oto Twoja własna (prawie) papierowa elektronika.
Źródło: Tomshardware, YouTube