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イノベーション、クモの巣構造を3Dイメージング技術に展開

A spiderweb-inspired fractal design is used for hemispherical 3D photodetection to replicate the vision system of arthropods. (Sena Huh image)

December, 3, 2020, West Lafayette--パデュー大学イノベーションは自然からキューを得て、生体医用イメージング向けに3Dフォトディテクタを開発している。

研究チームは、クモの巣から一定の構造的特徴を利用して、技術を開発した。クモの巣は一般に、嵐など様々な機械的負荷に対して、優れた機械的適応性、損傷耐性を持つ。

「われわれはクモの巣固有のフラクタル設計をデフォーマブルで信頼性の高いエレクトロニクスに適用した。これは、どんな3D曲線面ともシームレスに相互作用できる」と生体医用工学、機械工学准教授、Chi Hwan Leeは説明している。「例えば、われわれは、半球、つまりドーム型、フォトディテクタアレイを実証した。これは入射光の方向と強度を同時検出できる。昆虫や甲殻類など節足動物の視覚システムのようである」。

パデュー大学の技術は、反復パタンを示すクモの巣の構造的アーキテクチャを利用している。研究は、NSFとAFRLの支援を受けた。研究成果は、Advanced Materialsに発表された。

Leeによると、これは、網全体への外因性ストレスを分散させる独自機能がある。これは、スパイラルおよび放射ディメンションの実効比率によるものである。また、引っ張られても力を適切に散逸させる拡張性が優れている。

「結果として得られた3Dオプトエレクトロニックアーキテクチャは、大きな視野と広角反射防止を必要とするフォトディテクタシステムには特に魅力的である。これは、多くのバイオメディカルおよび軍用イメージング目的で有用である」と電気・コンピュータ工学Jai N. Gupta教授、Muhammad Ashraful Alamは説明している。

Alamによると、その研究成果は、フラクタル設計とシステムレベル半球エレクトロニクスやセンサを統合できるプラットフォーム技術を確立している、これにより様々な機械的負荷に対して、いくつかの優れた機械的適応性および損傷耐性が実現される。

「この研究で適用されたアセンブリ技術は、3Dアーキテクチャにおける2Dデフォーマブルエレクトロニクス導入を可能にする。これは、3D電子およびオプトエレクトロニックデバイス分野をさらに前進させる新しい機会の前兆となるかも知れない」とLeeはコメントしている。

(詳細は、https://www.purdue.edu)