Para peneliti dari Cornell University telah mengembangkan sebuah peralatan elektronik berskala nano berupa microsensor yang sangat kecil. Sebagai perbandingan alat mungil ini bisa ditempatkan pada uang 1 sen – diameter 19.05 mm – sebanyak 30.000 buah.
Meskipun berukuran sangat kecil, alat ini dilengkapi dengan semacam integrated circuit (IC), sel surya, dan dioda pemancar cahaya (LED) yang memungkinkannya memanfaatkan cahaya sebagai daya dan komunikasinya. Dan karena dapat diproduksi secara massal, lebih dari 1 juta buah dapat ditempatkan pada selembar wafer semikonduktor berdiameter 20 cm.
Tim peneliti telah mempublikasikan temuannya di jurnal Proceedings of the National Academy of Sciences.
Mereka merancang sebuah platform untuk produksi paralel dari wireless integrated integrated circuits (OWICs), microsensor berukuran 0.01 cm.
“Dalam arti tertentu, ini adalah ide lama, membangun sensor-sensor kecil seperti ini,” kata McEuen Profesor Ilmu Fisika John A. Newman, yang bersama-sama mengetuai Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano) Cornell University.
“Tapi kami mendorongnya dengan urutan lain dalam ukuran dan membuatnya bisa dibuat secara massal. Diperlukan banyak waktu ketika orang membuat barang-barang kecil seperti ini, mereka akan menyatukan semuanya dengan tangan. Anda tidak akan mendapatkan satu juta keping dalam satu waktu. Jadi memicu kami dan mengatakan bahwa kami tidak akan melakukannya kecuali jika kami dapat menghasilkan jutaan.”
OWICS pada dasarnya adalah smartphone berukuran sangat kecil yang dapat digunakan untuk aplikasi tertentu. Tetapi dibandingkan harus mengandalkan teknologi frekuensi radio yang rumit, seperti halnya telepon seluler, para peneliti lebih memilih cahaya sebagai sumber daya potensial dan media komunikasinya.
Menempatkan sirkuit kecil pada wafer silikon relatif mudah pada arena nanoteknologi, kata McEuen, tetapi menambahkan LED adalah tantangan khusus karena dibuat dengan bahan berbeda: galium arsenida. Untuk mentransfer LED pada wafer dengan komponen listrik dan mengintegrasikannya, para peneliti mengembangkan metode perakitan rumit yang melibatkan lebih dari 15 lapisan folitografi, 30 jenis bahan yang berbeda, dan lebih dari 100 tahapan.
“Ada banyak orang yang telah melakukannya pada skala yang lebih besar di mana Anda dapat menyentuhnya, mengambilnya dan melihatnya dengan mata Anda. Ini tidak seperti itu,” kata pemimpin penelitian, Alejandro Cortese. “Ini adalah sesuatu pada skala yang secara sah di mana kamu tidak bisa melihatnya dengan cara biasa kecuali di bawah mikroskop. Jadi kamu benar-benar harus mendapatkan intuisi tentang skala nano dan skala mikro.”
Setelah OWIC dilepaskan dari substrat silikonnya, selanjutnya dapat digunakan untuk mengukur berbagai input seperti tegangan dan suhu pada sebuah lingkungan yang sulit untuk dijangkau, seperti di dalam jaringan hidup dan sistem mikrofluida. Misalnya, OWIC yang dilengkapi dengan sensor saraf akan mampu merekam sinyal saraf secara non-invasif (tanpa merusak jaringan) dalam tubuh dan mengirimkan temuannya dengan mengedipkan sinyal berkode melalui LED.
Sebagai bukti konsep, tim bekerja dengan lab Chris Xu, profesor fisika terapan dan rekayasa dan salah satu penulis makalah, dan berhasil memasukkan OWIC dengan sensor suhu pada jaringan otak dan secara nirkabel menyampaikan hasilnya.
McEuen, Molnar dan Cortese telah meluncurkan perusahaan mereka sendiri, OWiC Technologies, untuk mengusahakan microsensor. Sebuah aplikasi paten telah diajukan melalui Pusat Teknologi Perizinan. Aplikasi pertama adalah pembuatan tag elektronik yang dapat disematkan pada berbagai produk untuk membantu pengidentifikasian.
Microsensor OWIC yang mungil dan berbiaya rendah berpotensi dalam menghasilkan generasi baru microsensor. Menggunakan lebih sedikit daya, namun mampu melacak fenomena yang lebih rumit.
“Sirkuit dalam makalah ini cukup sederhana,” kata Cortese. “Tetapi Anda dapat berpotensi memasukkan ribuan transistor pada salah satu perangkat ini. Dan itu artinya Anda dapat meningkatkan hal-hal di luar jangkauan penginderaan perangkat. Bagaimana perangkat berkomunikasi, atau kemampuannya untuk menyelesaikan tugas yang lebih kompleks”.
“Kami benar-benar mengembangkan ini sebagai sebuah platform sehingga banyak orang memiliki kesempatan untuk mengembangkan berbagai perangkat dan aplikasi baru.”
