Команда Университета Райс напечатала проводящие структуры на листе, пластике, бумаге и даже на бедренной кости быка. На кость установили беспроводной датчик деформации, фиксирующий малейшие механические сдвиги. Оболочка из силикона сохраняла работоспособность более 300 секунд под водой, тогда как незащищённая схема разрушалась за 2,5 секунды.
Главный барьер печатной электроники — термическое воздействие. Печи и лазеры нагревают всё вокруг, убивая живые ткани. Лазерное спекание требовало строгой настройки поглощения излучения, что исключало большинство биоматериалов. Новый метод избирательно греет только нужные точки, позволяя размещать электронику произвольной формы на термочувствительных поверхностях без сложного оборудования.
«Это позволяет задавать функциональные свойства в нужных местах даже среди живых тканей», — отметил Йон Линь Кон. Наиболее близкое применение — датчики износа в ортопедических имплантах. Уже созданы беспроводные сенсоры на сверхвысокомолекулярном полиэтилене для искусственных суставов. Они отслеживают нагрузки в реальном времени, не нарушая структуру и не требуя новых операций. В планах — проглатываемые системы, интерфейсы с органами и роботы со встроенной электроникой.
Ключевая технология — Meta✴-NFS (структура электромагнитного ближнего поля на основе метаматериалов). Устройство объединяет кольцевой резонатор и конусообразный наконечник. Резонатор усиливает энергию, а наконечник сжимает её в зону менее 200 микрометров. Материал разогревается выше 160 °C, пока поверхность остаётся холодной.
Графен выступает посредником, поглощая до 50 % микроволн (против 2,3 % у инфракрасного лазера). Регулируя мощность, инженеры меняют кристаллическую структуру наночастиц прямо во время печати. Удельное сопротивление чернил с частицами серебра варьируется в три порядка, достигая значений чистого металла.
Инженеры передают в материал 79,5 % микроволновой мощности против 8,5 % у стандартных зондов, безопасно спекая проводящие слои на костях и имплантах.