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低成本“紙皮膚”環(huán)境傳感器
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/2/26

  來自沙烏地阿拉伯阿布杜拉國王科技大學(xué)(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的電子工程師們利用鋁箔、便條紙、海綿與磁帶,開發(fā)出一種名為“紙皮膚”(Paper Skin)的低成本傳感器,可用于偵測包括觸摸、壓力、溫度、酸度與濕度等外來刺激。


  這款目前仍在開發(fā)中的Paper Skin傳感器采用了各種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的低成本材料,同時整合諸多功能,據(jù)稱能夠表現(xiàn)地像其他的人造皮膚應(yīng)用一樣。


  穿戴式與軟性電子產(chǎn)品正展現(xiàn)在各種不同應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展前景,例如無線監(jiān)測病人的健康狀況與免觸控的電腦介面等,但目前在這方面的研究往往使用昂貴且復(fù)雜的材料與制程。


  “我們的研究成果可望帶來徹底改變電子產(chǎn)業(yè)的潛力,并為商用化可負(fù)擔(dān)的高性能感測元件敞開了大門,”KAUST電子工程系副教授Muhammad Mustafa表示。這項(xiàng)研究在該校的整合奈米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。


  “以往在這方面的研究多米采用復(fù)雜的材料或制程,”Hussain指出,“經(jīng)化學(xué)機(jī)能的噴墨列印或真空技術(shù)處理過的紙類雖然便宜,但所表現(xiàn)出的功能也十分有限。如今,我們所展示的是一種可加以擴(kuò)展的‘車庫’(garage)制造途徑,只需利用日常生活中現(xiàn)成可用或甚至家中就能找到的廉價元件!


  研究小組使用便條紙檢測濕度、海綿和抹布檢測壓力,鋁箔則用于偵測運(yùn)動。而以HB鉛筆著色便條紙后,則可讓紙用于檢測酸度。鋁箔和導(dǎo)電銀油墨則被用來偵測溫度的差異。


  研究人員們將所有的材料放在一起成為一個簡單的紙質(zhì)平臺,然后再將它連接到一款可根據(jù)外在刺激偵測導(dǎo)電率變化的裝置。


  例如,當(dāng)濕度增加時,提高了該平臺儲存電荷或電容的能力。將傳感器暴露于酸性溶液中,則會使其電阻增加,而當(dāng)暴露于鹼性溶液時隨之降低。隨著溫度改變,該平臺也偵測到電壓的變化。將手指接近平臺時,還會擾亂其電磁場,而使其電容降低。


  研究團(tuán)隊(duì)充份利用所使用的材料特性,包括其多孔性、吸附性、彈性與尺寸,開發(fā)出低成本的感測平臺。他們還展示透過單一的整合平臺,可同時且即時地偵測多種不同的外在刺激。


  在完全自主的多功能軟性傳感器平臺實(shí)現(xiàn)商用化以前,必須先克服幾種挑戰(zhàn)。Hussain解釋,例如,必須進(jìn)一步發(fā)展與這種紙質(zhì)皮膚之間的無線互動。同時,也需要進(jìn)行可靠性測試,以評估傳感器可持續(xù)多長的時間,以及在經(jīng)歷劇烈彎曲狀況時的表現(xiàn)有多理想。


  “下一個階段則是針對醫(yī)療監(jiān)測系統(tǒng)等應(yīng)用最佳化在此平臺上的傳感器互動。這款軟性且適形的傳感器平臺可望同時為多種生命征象進(jìn)行即時監(jiān)測,包括心跳、血壓、呼吸模式與動作,”Hussain表示。


  “例如,我們也可以將這項(xiàng)技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的功能移植至生物性生長的皮膚上,并開發(fā)出可在人體中連結(jié)神經(jīng)網(wǎng)路的機(jī)制,從而造福燒燙傷患者。其他應(yīng)用包括機(jī)器人、車輛技術(shù)以及環(huán)境調(diào)查等。”


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