Yeni giyilebilir hareket sensörü: esnek, düşük maliyetli, yüksek performans!
Kılavuz
Florida A&M Üniversitesi ve Florida Eyalet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nden araştırmacılar, bir ultra ince ve esnek hareket sensörleri sınıfı geliştirdiler. Bu araştırma çığır açan bir öneme sahip ve her yerde bulunan, tamamen entegre ve ucuz giyilebilir teknolojinin gelişini müjdeliyor.
Anahtar kelime
Karbon nanotüpler, Nesnelerin İnterneti, giyilebilir teknoloji
arka fon
Günümüzde giyilebilir teknoloji hızla gelişiyor ve akıllı kumaşlar, akıllı görünümler, akıllı bilezikler, akıllı saatler, akıllı yamalar, akıllı eldivenler gibi çeşitli giyilebilir ürünler birbiri ardına ortaya çıkıyor. Gelecekte, giyilebilir teknoloji, düşük maliyet, yüksek konfor, sağlamlık ve dayanıklılık, kendi kendine güç sağlayan ve esneklik yönünde gelişiyor.
Bununla birlikte, malzemeler giyilebilir teknolojinin ilerlemesinde çok kritik bir rol oynamıştır. Yazar daha önce grafen, esnek iletken polimerler, iki boyutlu malzemeler ve giyilebilir teknoloji, esnek elektronik cihazlar ve basılı elektroniklerdeki diğer malzemelerin uygulanmasına odaklandı.
Bu malzemelerin yanı sıra dikkatimizi çeken bir başka malzeme daha var: Karbon nanotüpler. Tek boyutlu bir nanomateryal olarak, karbon nanotüpler hafiftir, altıgen yapılarla mükemmel bir bağlantıya ve birçok mükemmel mekanik, elektriksel ve kimyasal özelliğe sahiptir.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Aşağıda, önce daha önce tanıtılan vakayı gözden geçirelim.
Durum 1: Suudi Arabistan'daki Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden araştırmacılar, tuhaf bir malzeme tabakasıyla pamuk ipliği kapladı: tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT), basıncın gücünü ve yerini tespit etmek için akıllı iplikler oluşturdu. Bu tür akıllı tel, daha güçlü mekanik basınca maruz kaldığında direnci azalacak ve direncin gücü de SWCNT kaplamasının kalınlığına bağlı olarak değişecektir. Bu tür akıllı teller elektronik deri, robotlar, medikal protezler vb. Alanlarda kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi)
Durum 2: Ek olarak, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Stanford Üniversitesi'ndeki bilim adamları tarafından sentezlenen elektronik deri de iletken karbon nanotüp malzemeleriyle doldurulmuş koniler kullandı. Cilt basınç hissettiğinde, bu koniler sıkışarak içerideki karbon nanotüplerin birbirine daha yakın hareket etmesine neden olarak kolektif iletkenliklerini arttırır. Basınç ne kadar büyükse, elektronik darbeler o kadar sık yayılır.
(Resim kaynağı: Stanford Üniversitesi)
Durum 3: Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Rice Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, karbon nanotüp fiberlerden yapılmış bir kablosuz anten geliştirdiler.Performansı bakır antenlerle karşılaştırılabilir, ancak ağırlık yalnızca 1 / 20'dir. Ağırlık ve esneklik açısından sağladığı avantajlardan dolayı, bu antenin havacılıkta ve giyilebilir elektronik cihazlarda kullanılması bekleniyor.
(Fotoğraf kredisi: Jeff Fitlow / Rice Üniversitesi)
Örnek 4: Urbana-Champaign'deki Illinois Üniversitesi'nden araştırmacılar, yüksek iletkenliğe ve bakır filmlerden 50 kat daha yüksek tokluğa sahip olan ve elektronik alanında kullanılabilen ultra ince bir karbon nanotüp tekstili sentezlediler.
(Resim kaynağı: Illinois Üniversitesi)
Yenilikçilik
Kısa bir süre önce, "Materials and Design" (Materials and Design) dergisinde yayınlanan bir makalede, Florida Eyalet Üniversitesi Yüksek Performanslı Malzemeler Enstitüsü'nden mühendisler, Lyon, Fransa Ulusal Uygulamalı Bilimler Enstitüsü'nden bilim adamları ile işbirliği yaptılar ve "Bucky paper", gelişmiş hareket sensörleri serisinin üretim süreci. Bu işlemin etkileyici özellikleri ve maliyet tasarrufu vardır. Bu "kıvrımlı kağıt", ultra ince, esnek ve çok dayanıklı bir karbon nanotüpü ifade eder.
(Resim kaynağı: Florida Eyalet Üniversitesi)
teknoloji
Bu yeni sensör yapısı, uzun, dar, 7 mikron kalınlığında, ince bir kağıdı gümüş elektrotlarla birleştirir ve bunu yaygın bir ticari mürekkep püskürtmeli yazıcıyla yazdırır.
(Resim kaynağı: referans [2])
Sonuç, mükemmel bir şekilde mükemmel bir sensördür: ne sıradan esnek metal sensörler gibi donuk hisseder, ne de daha hassas yarı iletken sensörler gibi sert ve hantaldır.
Bu giyilebilir kırçıllı kağıt sensörü, bu ideal nitelikleri birleştirir. Esnektirler ve ince hareketleri ve stresleri sorunsuz bir şekilde algılayabilirler.
DeGraff şunları söyledi:
"Malzemenin gerildiğinde veya büküldüğünde direncinin ne kadar değiştiğini gösteren sensörün gösterge faktörünü ölçtük. Ölçüm faktörümüz, diğer birçok karbon nanotüp sensöründen% 75 daha yüksek olan ticari sensörlerden 8 kat daha yüksek. . "
değer
Bu yeni bucky kağıt sensörleri, mevcut endüstri standartlarında önemli bir gelişmeyi temsil ediyor. İnsan vücudu gibi karmaşık yapıların güvenilir bir şekilde izlenmesi için çoğu sensör ya çok pürüzlü ya da çok katıdır. Yüksek Performanslı Malzemeler Enstitüsü müdürü ve Florida A&M Üniversitesi ve Florida Eyalet Üniversitesi Mühendislik Fakültesi'nde profesör olan Richard Liang şunları söyledi:
"Mevcut teknoloji, tasarımı için uygun değil. Sensör teknolojisi için esnek, ucuz ve genişletilebilir olması gerekir. Bu yeni teknolojinin birden fazla kullanımı vardır ve bu sensörün baskı maliyeti düşüktür. Büyük bir yenilik bu yoldaki birçok olasılığı temsil ediyor. "
Şu anda, yazdırılabilir bucky kağıt sensörlerinin potansiyel uygulamaları araştırmacıların hayal gücünün ötesinde. Bu sade tasarım, uyku kalitesini izlemek için yatak çarşaflarına entegre edilebilir, adımları ve duruşu izlemek için ayakkabılara entegre edilebilir ve egzersiz yoğunluğunu izlemek için spor kıyafetlerine entegre edilebilir.
Aynı zamanda araştırmacılar, potansiyel uygulamaların giyilebilir teknolojinin ötesine geçeceğini de tahmin ediyor. Yumuşak robotik alanında bu materyal, uyarıcıya duyarlı, kendi kendini düzelten yapay kasların üretimini teşvik edecektir.
Ek olarak, ölçeklenebilir sensörler, uzun zamandır öngörülen "Nesnelerin İnterneti" geleceğine doğru bir başka önemli adımı temsil ediyor. Nesnelerin İnterneti çağında, neredeyse tüm kişisel bilgisayarlar, ekipmanlar, giysiler, mobilyalar ve elektrikli cihazlar dijital olarak birbirine bağlanabilir ve bilgiler bulutta serbestçe paylaşılabilir.
Bu çalışmanın baş yazarı ve doktora öğrencisi Joshua DeGraff şunları söyledi:
"Çoğu projenin çok fazla uygulaması yok. Bu malzeme yapısal sağlık izleme, giyilebilir teknoloji ve çeşitli alanlarda kullanılabilir. Günlük yaşamdaki çoğu insanı etkileyebileceği için çok heyecanlıyım."
gelecek
Yazdırılabilir sensör teknolojisi gelişmeye devam ederken, araştırmacılar zaten çok ince olan bu malzemeyi, bağlanmayacak rahat kıyafetlere entegre edilebilmesi için geliştirmeyi umuyor.
Malzemenin insan vücudunun değişken eğrilerine ve çatlaklarına uyduğundan emin olmak için, bu karmaşık model malzemenin daha fazla test edilmesi gerekir.
Bu teknoloji henüz en iyi zamanına ulaşmamış olsa da, gelecek vaat eden gelecek her zaman araştırmacılara ilham verdi. Liang şunları söyledi:
"Bir mühendislik profesörü olarak, laboratuvarda yarattığımız şeyin başarılı bir ürün haline geldiğini görmek istiyoruz. Henüz buna ulaşmadık, ancak bu önemli bir adım. Tüketiciler makul bir fiyata iyi kalite istiyor ve bu malzeme sadece sağlayabilir . "
Referans
[1]
[2] Joshua DeGraff, Richard Liang, Minh Quyen Le, Jean-Fabien Capsal, Florent Ganet, Pierre-Jean Cottinet. Yazdırılabilir düşük maliyetli ve esnek karbon nanotüp kovalı kağıt hareket sensörleri Malzeme ve Tasarım, 2017; 133: 47 DOI: 10.1016 / j.matdes.2017.07.048
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
