محقق‌های آزمایشگاه‌های MLT, MIT و Cambridge به اتفاق روشی رو برای تولید سریع و ارزان قطعات الکترونیکی فعال بدون نیمه‌رسانا توسط پرینترهای FDM معمولی معرفی کردند. با وجود اینکه دنیای الکترونیک تحت سلطه مدارهای مجتمع نیمه‌رسانا (IC) هستش و اکثر فناوری‌های مدرن هم وابسته به این صنعته, تولید چیپ بین چند بازیگر کلیدی متمرکز شده و این موضوع یک زنجیره تأمین شکننده ایجاد کرده مثل ماجرای کمبود چیپ تو دوره کرونا. این عدم تعادل، نیاز به جایگزین‌های در دسترس و ارزان‌قیمت برای ساخت قطعات الکترونیکی فعال رو برجسته می‌کنه و اینجاست که محقق‌ها انگیزه کافی برای این تحقیقات پیدا می‌کنند.
از اونجایی چاپگرهای سه‌بعدی، ساخت قطعات مکانیکی رو متحول کردن. این موضوع باعث شده که خیلی‌ها به فکر استفاده از چاپ سه‌بعدی برای ساخت قطعات کاربردی، از جمله قطعات الکتریکی بیفتن. با این حال، چاپ سه‌بعدی قطعات الکترونیکی فعال (مثل ترانزیستورها) هنوز کار آسونی نیست.
بریم سراغ اصل مطلب، یعنی مقاله‌ی منتشر شده: توی این مقاله توضیح داده می‌شه که چطور محقق‌ها تونستن قطعه‌ای شبیه به ترانزیستور رو با یه پرینتر سه‌بعدی معمولی بسازن. برای ساخت این ترانزیستور از فیلامنت‌های تجاری و رنگ‌های رسانا استفاده شده که هر دو به راحتی توی بازار پیدا می‌شن. نکته‌ی کلیدی این قطعات، استفاده از پدیده‌ی ضریب دمایی مثبت (PPTC) توی مسیرهای باریک چاپ سه‌بعدی شده از جنس پلی‌لاکتیک اسید (PLA) تقویت‌شده با مس هست. اثر PPTC یعنی چی؟ یعنی یه جهش شدید و البته برگشت‌پذیر توی مقاومت ویژه‌ی ماده (همون مقاومت الکتریکی).

مکانیسم پشت این پدیده چیه؟ انبساط حرارتی و خواص مواد پلیمری. به این صورت که ذرات رسانا داخل ماتریس پلیمری، مسیرهایی با مقاومت کم ایجاد می‌کنن. وقتی مواد رو گرم می‌کنیم (چه با یه منبع خارجی، چه با خود جریان الکتریکی)، دماشون بالا می‌ره. وقتی پلیمر به دمای انتقال شیشه‌ای خودش می‌رسه، خیلی بیشتر مستعد انبساط حرارتی می‌شه. این انبساط باعث می‌شه ذرات رسانا از هم دور بشن. این جدایی، اون مسیرهای کم‌مقاومت رو قطع می‌کنه و مقاومت ویژه یهو زیاد می‌شه. از طرف دیگه، این افزایش مقاومت، جریان الکتریکی رو کم می‌کنه و در نهایت به یه تعادل حرارتی می‌رسیم: مقاومت بالا، جریان کم. وقتی هم که مواد سرد می‌شن و ساختار بلوریشون رو دوباره به دست میارن، مسیرهای رسانا دوباره وصل می‌شن و مقاومت ویژه برمی‌گرده به حالت اول.

این ساختار رو می‌شه با یه ترانزیستور PMOS مقایسه کرد. مسیر اصلی مثل کانال درین-سورس عمل می‌کنه و مسیر کنترل هم نقش گیت رو داره. وقتی به مسیر کنترل ولتاژ می‌دیم، مقاومت ویژه‌اش یهو زیاد می‌شه و این روی مسیر اصلی تأثیر می‌ذاره. یعنی می‌تونیم مقاومت رو با ولتاژ کنترل کنیم.

و در نهایت، محقق‌ها با استفاده از همین ترانزیستور چاپ سه‌بعدی، گیت‌های منطقی اصلی NOT، OR و AND رو ساختن.
با اینکه این یه نوآوری خیلی خلاقانه و هیجان‌انگیزه، اما خب چالش‌ها و محدودیت‌هایی هم داره. مثلاً سرعتش خیلی خیلی پایینه! حتی از اولین ترانزیستورهای تاریخ هم کندتره! مصرف برقش بالاست و اندازه‌ش هم خیلی خیلی بزرگه. اما بازم قدم بزرگیه! اصل مقاله رو می‌تونید تو لینک زیر بخونید:
https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1080/17452759.2024.2404157?needAccess=true