Le pelli di micelio fungino possono essere utilizzate come substrati per dispositivi elettronici, hanno dimostrato fisici e scienziati dei materiali in Austria. Il team ha utilizzato le pelli sottili per creare dispositivi di rilevamento autonomi costituiti da batterie al micelio, un sensore di umidità e prossimità e un modulo di comunicazione Bluetooth. Oltre a fornire una superficie flessibile su cui modellare i circuiti elettrici, le pelli sono biodegradabili e potrebbero aiutare a ridurre i rifiuti elettronici.
I ricercatori hanno prodotto le pellicole di micelio del fungo Ganoderma lucidum, che cresce su legno duro morto nei climi temperati miti. Per creare circuiti elettronici, hanno utilizzato la deposizione fisica di vapore per posizionare un sottile strato di rame e oro sulla pelle. Il metallo è stato quindi rimosso da questo strato superficiale tramite ablazione laser, lasciando dietro di sé percorsi conduttori. I ricercatori hanno chiamato questo nuovo approccio alla creazione di dispositivi elettronici flessibili e biodegradabili “MycelioTronics”, descrivendo il loro lavoro Anticipi Scienza.
Il vasto numero di dispositivi prodotti oggigiorno, insieme alla loro durata di vita in diminuzione, porta a enormi quantità di rifiuti elettronici, e i volumi stanno aumentando rapidamente. Secondo il Monitoraggio globale dei rifiuti elettronici 2020, nel 53.6 sono state smaltite la cifra record di 2019 milioni di tonnellate di tali rifiuti elettronici, una cifra che si prevede aumenterà fino a 74.7 milioni di tonnellate entro il 2030.
C'è anche una crescente attenzione allo sviluppo di elettronica flessibile, ad esempio per sensori autonomi per il monitoraggio della salute, che hanno una durata di vita di pochi giorni o settimane. Secondo Martin Kaltenbrunner, fisico dell'Università Johannes Kepler, per questo tipo di elettronica i componenti biodegradabili sarebbero molto vantaggiosi.
"L'unica cosa veramente difficile da riciclare è il circuito flessibile o stampato... sono semplicemente troppo economici e troppo difficili da separare nelle loro singole parti", spiega Kaltenbrunner. Gli scienziati stanno cercando di sostituire i circuiti stampati a base polimerica nei dispositivi flessibili con la carta, ma Kaltenbrunner afferma che ciò non è sostenibile. La produzione di carta richiede troppa acqua ed energia.
Pelli simili alla carta
Mentre lavoravano su materiali a base di funghi per l'isolamento degli edifici, Kaltenbrunner e i suoi colleghi hanno notato che i funghi producevano una pelle densa e compatta di micelio, che è una rete di fili fungini. Queste pelli sembravano carta e gli scienziati si chiedevano se potessero essere utilizzate per circuiti stampati flessibili.
Il team ha coltivato pelli di micelio ricoprendo trucioli di legno di faggio umidi con cui inoculato Ganoderma lucidum con una griglia separatrice in polietilene e conservandoli a 25°C. Dopo una crescita sufficiente dei funghi, il separatore è stato strappato dal substrato e la pelle di micelio è stata accuratamente staccata dal separatore. Il micelio umido veniva quindi essiccato e compresso per produrre le pellicole finali.
Dopo la deposizione e l'ablazione laser dello strato metallico, i ricercatori hanno testato i circuiti stampati in micelio risultanti. Hanno scoperto che avevano un'elevata conduttività e stabilità termica e che erano in grado di resistere a circa 2000 cicli di piegatura prima che la pellicola metallica iniziasse a rompersi e la resistenza elettrica aumentasse. Le pelli potevano anche essere piegate più volte con aumenti di resistenza solo moderati.
Successivamente i ricercatori hanno creato un piatto di 2 cm2 batteria al micelio, utilizzando una pellicola di micelio imbevuta di una soluzione elettrolitica altamente conduttrice di ioni (cloruro di ammonio e cloruro di zinco) come separatore e due pellicole di micelio come involucro esterno. Questa struttura fa sì che un’alta percentuale della batteria sia biodegradabile, sostengono.
Per dimostrare ulteriormente il loro concetto, il team ha creato un dispositivo elettronico costituito da una batteria al micelio, un modulo di comunicazione dati Bluetooth e un sensore di impedenza saldato su un circuito stampato al micelio. I test hanno dimostrato che questo dispositivo sensore è in grado di rilevare l'avvicinarsi di un dito e le variazioni di umidità in una camera climatica.
Gli inchiostri a base di carbonio producono i primi transistor completamente riciclabili
Una volta terminati i circuiti, i ricercatori hanno scoperto che potevano rimuovere i componenti riutilizzabili montati sulla superficie utilizzando una pistola termica o un saldatore. Ciò lasciò il circuito stampato in micelio, che si disintegrò in un mucchio di compost. Nel giro di 11 giorni aveva perso il 93% della sua massa secca e dopo questo punto tutti i resti erano indistinguibili dal suolo.
"Puoi metterlo nel compost domestico", dice Kaltenbrunner Mondo della fisica. Spiega che questo è il vantaggio dei loro materiali fungini rispetto alle plastiche biodegradabili che richiedono condizioni specifiche per degradarsi, "il micelio è letteralmente ovunque nel nostro ambiente naturale" e le pelli sono un prodotto completamente naturale.
