“纸皮肤”传感器可实现低成本环境监测

2016-03-08 09:04:00
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        来自沙特阿拉伯阿布杜拉国王科技大学(King Abdullah University of Science and Technology;KAUST)的电子工程师们利用铝箔、便条纸、海绵与磁带,开发出一种名为“纸皮肤”(Paper Skin)的低成本传感器,可用于侦测包括触摸、压力、温度、酸度与湿度等外来刺激。

        这款目前仍在开发中的Paper Skin传感器采用了各种经济实惠的低成本材料,同时整合诸多功能,据称能够表现地像其他的人造皮肤应用一样。

        可穿戴式与软性电子产品正展现在各种不同应用领域的发展前景,例如无线监测病人的健康状况与免触控的计算机接口等,但目前在这方面的研究往往使用昂贵且复杂的材料与工艺。

        “我们的研究成果可望带来彻底改变电子产业的潜力,并为商用化可负担的高性能感测组件敞开了大门,”KAUST电子工程系副教授Muhammad Mustafa表示。这项研究在该校的整合纳米技术实验室进行。

        KAUST的电子工程师利用厨房中随手就能找到的铝箔、便条纸、海绵与磁带等日常材料,开发出一款可侦测触摸、压力、温度、酸度与湿度等外在刺激的低成本传感器

        Source:KAUST

        “以往在这方面的研究多米采用复杂的材料或工艺,”Hussain指出,“经化学机能的喷墨打印或真空技术处理过的纸类虽然便宜,但所表现出的功能也十分有限。如今,我们所展示的是一种可加以扩展的‘车库’(garage)制造途径,只需利用日常生活中现成可用或甚至家中就能找到的廉价组件。”

        研究小组使用便条纸检测湿度、海绵和抹布检测压力,铝箔则用于侦测运动。而以HB铅笔着色便条纸后,则可让纸用于检测酸度。铝箔和导电银油墨则被用来侦测温度的差异。

        研究人员们将所有的材料放在一起成为一个简单的纸质平台,然后再将它连接到一款可根据外在刺激侦测导电率变化的设备。

Paper Skin是一款简单的纸质平台,能根据外在刺激侦测导电率变化

Source:KAUST


        例如,当湿度增加时,提高了该平台储存电荷或电容的能力。将传感器暴露于酸性溶液中,则会使其电阻增加,而当暴露于碱性溶液时随之降低。随着温度改变,该平台也侦测到电压的变化。将手指接近平台时,还会扰乱其电磁场,而使其电容降低。

        研究团队充份利用所使用的材料特性,包括其多孔性、吸附性、弹性与尺寸,开发出低成本的感测平台。他们还展示透过单一的整合平台,可同时且实时地侦测多种不同的外在刺激。

        在完全自主的多功能软性传感器平台实现商用化以前,必须先克服几种挑战。Hussain解释,例如,必须进一步发展与这种纸质皮肤之间的无线互动。同时,也需要进行可靠性测试,以评估传感器可持续多长的时间,以及在经历剧烈弯曲状况时的表现有多理想。

        “下一个阶段则是针对医疗监测系统等应用优化在此平台上的传感器互动。这款软性且适形的传感器平台可望同时为多种生命征象进行实时监测,包括心跳、血压、呼吸模式与动作,”Hussain表示。

        “例如,我们也可以将这项技术所实现的功能移植至生物性生长的皮肤上,并开发出可在人体中链接神经网络的机制,从而造福烧烫伤患者。其他应用包括机器人、车辆技术以及环境调查等。”

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updated: 2020-11-24 03:29:02