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Hacking di una stampante desktop per creare batterie e circuiti
Sotto una panchina a Sang-Young Lee Il laboratorio è una normale stampante a getto d'inchiostro un po' malconcia che ha modificato in modo da sputa fuori circuiti elettronici e un tipo di dispositivo di accumulo di energia chiamato supercondensatore. Per farlo funzionare, Lee svuota le cartucce d'inchiostro e le ricarica con materiali per batterie e inchiostri conduttivi appositamente formulati. Quando caricate con carta trattata, le sue stampanti hackerate creano supercondensatori flessibili e durevoli e semplici componenti di circuiti sotto forma di una mappa ad alta risoluzione della Repubblica di Corea, un fiore, un logo o qualsiasi altro design desiderato.
Lee, un chimico di batterie al Istituto nazionale di scienza e tecnologia di Ulsan (UNIST) in Corea del Sud, ha lavorato su batterie stampate flessibili negli ultimi cinque anni. L'architettura della batteria non è cambiata dalla nascita della batteria agli ioni di litio, dice. I materiali che accumulano energia vengono fusi su un foglio di metallo e confezionati con un elettrolita liquido in alcune forme di base: sacchetti, monete, cilindri e celle prismatiche rettangolari. Ad esempio, il design dei monitor sanitari indossabili, siano essi in tessuto o indossati in un braccialetto, è vincolato dalla necessità di una scatola della batteria o di una custodia. Invece, Lee vuole realizzare batterie flessibili che scompaiano in un progetto e possano essere realizzate utilizzando apparecchiature semplici, come una stampante a getto d'inchiostro.
Per farlo funzionare, ha dovuto adattare tutti i materiali nella ricetta. Se gli inchiostri macchiano o scorrono sulla carta, il supercondensatore non funzionerà. Quindi il primo strato da stampare è un primer di cellulosa che assorbe gli inchiostri e non scorre. Seguono i nanotubi di carbonio, che sostituiscono il collettore di corrente a lamina in una batteria, e gli elettrodi a nanofili d'argento, seguiti da un inchiostro elettrolitico. Ogni inchiostro doveva essere formulato in modo che scorresse attraverso la testina di stampa e non si aggruppa mentre si trova nella cartuccia.
La chiave del sistema di Lee era lo sviluppo di un elettrolita compatibile con la stampa a getto d'inchiostro. L'elettrolita, il mezzo che conduce ioni ed elettroni, è tipicamente un liquido. Lee è il primo a realizzare un set di materiali completamente compatibili con la tecnologia a getto d'inchiostro che include l'elettrolita. Altri progetti di ricerca, afferma, richiedono l'aggiunta di un elettrolita liquido dopo la stampa delle altre parti. La necessità di trattenere quel liquido vincola il design della batteria stampata. Esistono materiali elettrolitici a stato solido, ma non sono compatibili con la stampa a getto d'inchiostro e potrebbero non essere flessibili.
Il prototipo di Lee, descritto nel diario Scienze dell'energia e dell'ambiente , mostra come la batteria e il circuito scompaiono allo stesso modo nei progetti stampati. Su un foglio stampato, la parola BATTERIA alimenta le parole Circuito Stampato, che trasportano l'elettricità in un LED. In un progetto per un involucro di una tazza di caffè, un supercondensatore alimenta un sensore per accendere una luce blu con la scritta COLD stampata o una luce rossa con la parola HOT a seconda della temperatura della bevanda.
L'obiettivo dell'Internet delle cose e dell'ubiquitous computing è che la tecnologia passi in secondo piano in modo da poter interagire con il mondo in modi che sembrino naturali, afferma Inna Lobel, ingegnere meccanico e designer industriale presso lo studio di progettazione Rana a New York. Questi supercondensatori stampati suggeriscono come potrebbero apparire tali tecnologie e materiali, dice.
Tuttavia, la tecnologia è un lavoro in corso. A testimonianza della novità del settore, Lee ha dovuto costruire l'attrezzatura per testare le sue batterie flessibili. Una macchina su misura misura le prestazioni elettriche mentre le batterie vengono attorcigliate e altrimenti deformate. Il passo successivo è continuare a migliorare l'accumulo totale di energia dei dispositivi stampati, dice, e provare a stampare su materiali diversi oltre alla carta.