В основе метода лежит простая идея. Пергаментная бумага изначально покрыта тонким слоем силикона, который отталкивает воду. Лазер избирательно удаляет это покрытие, открывая впитывающие целлюлозные волокна. В результате на поверхности формируются микроканалы, по которым направляются проводящие чернила на водной основе, образуя электронные компоненты.

С помощью этой технологии исследователи смогли создавать резисторы, конденсаторы, межсоединения и аналоговые фильтры прямо на бумаге. В местах, где лазер обрабатывает поверхность, материал становится восприимчивым к функциональным чернилам, что позволяет точно формировать элементы схемы. Необработанные участки сохраняют изолирующие свойства благодаря силиконовому покрытию, предотвращая растекание чернил.

При этом параметры компонентов можно гибко настраивать: сопротивление резисторов варьируется за счёт состава чернил, ёмкость конденсаторов подбирается под задачу, а проводящие дорожки по своим характеристикам сопоставимы с элементами традиционной электроники.

Разработка стала результатом более чем десятилетних исследований в области так называемой «папертроники» — электроники на основе бумаги. Ранее команда создала бумажные биобатареи, похожие на спичечный коробок, датчики и носимые устройства, работающие, например, от пота, слюны или бактерий. Однако недостающим элементом оставались компактные и точные схемы, способные объединить все компоненты в единую систему.

Учёные пытались создавать такие схемы с помощью хроматографической бумаги и восковых шаблонов. Однако восковые барьеры, которые определяли контуры элементов, при нагревании размывались и растекались. Это не позволяло сделать элементы компактными: их минимальный размер достигал миллиметра, а сами схемы имели масштаб десятков сантиметров. Новый лазерный подход решил эту проблему: ширина элементов теперь составляет 250 микрометров, а расстояние между ними — около 300 микрометров.

Дополнительным преимуществом технологии стала экологичность. Используемые чернила не содержат токсичных веществ, а сами устройства можно компостировать или сжигать без вреда для окружающей среды. При необходимости срок службы можно увеличить за счёт защитного силиконового слоя, не влияющего на электрические характеристики.

Исследователи считают, что такие разработки откроют путь к массовому появлению дешёвых и одноразовых электронных устройств — от медицинских тест-полосок и «умных» повязок до датчиков в упаковке продуктов и систем мониторинга окружающей среды. В перспективе бумажная электроника может стать основой для целого класса автономных биоразлагаемых технологий, которые после использования просто исчезают без следа.