В Южной Корее создали рабочий транзистор, который могут съесть черви

Южнокорейские исследователи разработали электронное устройство, которое после использования может быть съедено и разложено червями. Работа относится к направлению экологичной электроники и предлагает еще один подход к проблеме электронных отходов.

Главная особенность исследования — не в создании отдельного биоразлагаемого материала. Команда проверила, может ли целый рабочий электронный компонент пройти биологическую обработку после использования.

Что именно разработали исследователи

6 июля Институт науки и технологий Кванджу (GIST) сообщил о работе объединенной исследовательской группы под руководством профессора Мён-Хан Юна из Департамента материаловедения и инженерии GIST и профессора Бонг Суп Шима из Департамента химической инженерии Университета Инха.

Объектом исследования стал органический электрохимический транзистор — OECT. Такие устройства применяются в датчиках и биоэлектронных системах. Результаты были опубликованы онлайн 29 июня в журнале ACS Polymer Science & Technology, издаваемом Американским химическим обществом.

OECT работают за счет взаимодействия ионов в электролите с проводящими полимерами и способны усиливать электрические сигналы. Их рассматривают как перспективные компоненты для биосенсоров, датчиков окружающей среды и носимой электроники. Среди преимуществ таких устройств — низкое рабочее напряжение, биосовместимость и усиление сигнала.

Почему это важно для темы электронных отходов

Ранее многие работы по экологичной электронике были сосредоточены на том, разлагаются ли отдельные материалы в природных условиях. Но реальное устройство — это не один материал, а набор слоев: активный слой, электроды, подложка и защитные элементы. Если один из компонентов разлагается, это еще не означает, что все изделие можно безопасно утилизировать.

Проблема особенно заметна для недорогих датчиков, которые размещают на больших площадях: например, в системах мониторинга окружающей среды или в «умном» сельском хозяйстве. После использования такие устройства трудно собирать по одному. Похожая ситуация возникает с одноразовыми электронными компонентами для медицинской диагностики и краткосрочного мониторинга.

На фоне роста цифровизации и Интернета вещей электронные отходы уже стали серьезной экологической проблемой. По данным Глобального монитора электронных отходов ООН за 2024 год, в 2022 году в мире образовалось 62 млн тонн электронных отходов — на 82% больше, чем в 2010 году. К 2030 году показатель может вырасти до 82 млн тонн. При этом в 2022 году официально собрали и переработали только 22,3% общего объема.

Из чего сделали разлагаемый транзистор

Исследователи использовали монтмориллонит, или ММТ, — глинистый минерал, который могут потреблять черви. Сам по себе этот материал плохо проводит электричество, поэтому напрямую использовать его в электронном устройстве без потери характеристик сложно.

Чтобы совместить разлагаемость и работоспособность, командa объединила ММТ с PEDOT — проводящим полимером, который широко применяется в органических электрохимических транзисторах. Так был получен композитный материал для активного элемента устройства.

Транзистор изготовили методом печати на бумажной подложке. Чтобы компенсировать слабость бумаги во влажной среде, исследователи применили методы гидроизоляции и армирования. По данным команды, OECT из такого композитного материала стабильно работал даже при низком напряжении.

Эксперимент с суперчервями

После проверки электрических характеристик исследователи провели эксперимент по кормлению суперчервей. Целью было понять, смогут ли они съесть и разложить не отдельный материал, а готовое устройство.

По словам авторов работы, черви примерно за неделю съели устройство размером 3 на 3 см, включая активный слой, подложку и электроды. Выживаемость суперчервей в ходе эксперимента оставалась на уровне около 95%.

Дополнительно исследователи проанализировали экскременты червей. Результаты показали химические изменения, что указывает не только на физическое измельчение устройства, но и на процесс разложения.

Где может пригодиться такой подход

Работа предлагает вариант проектирования электроники с учетом ее конца жизненного цикла. Речь идет не о замене всех способов переработки, а о возможном решении для устройств, которые сложно собрать после использования.

Такая технология может быть актуальна для областей, где датчики устанавливают массово и затем трудно извлекают: мониторинг окружающей среды, здравоохранение, интеллектуальное сельское хозяйство. Использование печати также указывает на возможность недорогого масштабирования производства, хотя исследование пока не находится на стадии широкого практического применения.

Профессор Юн отметил, что значение работы в демонстрации разложения целого устройства, изготовленного из экологичных материалов. По его словам, результаты могут задать новое направление для исследований устойчивой электроники. Профессор Шим подчеркнул, что отличие этой работы от более ранних исследований заключается в проверке не отдельного разлагаемого материала, а реального работающего устройства.

Исследование не означает, что подобный подход уже можно применить ко всем электронным изделиям. Но по мере того как датчики становятся меньше, дешевле и распространеннее, вопрос утилизации после использования становится частью инженерного проектирования, а не только задачей сбора и переработки.