Флексибилни сензори: нова генерација технологије перцепције која ће технологију учинити меком

Увод: Од тешке до меке технолошке револуције

 

Према традиционалном утиску, електронски уређаји су увек тврди и хладни, али са развојем науке и технологије, нови тип сензора који могу да савијају, савијају, па чак и растежу - флексибилне сензоре тихо мењају ову перцепцију. Флексибилни сензори не само да пробијају физичку форму традиционалних сензорских ограничења, више интеракције људи-рачунара, праћења здравља и других поља донело је револуционарне могућности иновације.

Ⅰ.ШТА ЈЕ АФЛЕКСИБЛЕ СЕНСОР?

 

Флексибилни сензор је флексибилан материјал направљен од електронских сензорских уређаја који могу да издрже савијање, савијање, истезање и друге деформације без утицаја на његову функцију. У поређењу са традиционалним крутим сензорима, има следеће значајне карактеристике:

 

Својства материјала: употреба полимера, наноматеријала, еластомера и других флексибилних супстрата

 

Механичке особине: савитљиви (радијус закривљености до милиметара), растезљиви (неки типови се могу растегнути на неколико пута већу од првобитне дужине).

 

Пројектовање конструкције: танак-филм, влакна или тродимензионална еластична структура

 

Одржавање функције: одржава тачност сензора под деформацијом

 

Принцип рада флексибилних сензора је сличан оном код традиционалних сензора, по томе што претвара физичке (нпр. притисак, температура, деформација) или хемијске величине у мерљиве електричне сигнале, али посебност је како се ова функција истовремено остварује. Посебност је да се ова функција реализује уз одржавање флексибилности и деформабилности материјала.

 

Ⅱ.ГЛАВНИ ТИПОВИФЛЕКСИБИЛНИ СЕНЗОРИ

 

Према различитим објектима детекције, флексибилни сензори су подељени у следеће категорије:

1. Флексибилни сензори притиска

Принцип: Детекција притиска кроз промене отпора, капацитивности или пиезоелектричног ефекта

Карактеристике: Висока осетљивост, детектује широк опсег притиска од лаганог додира до јаког притиска

Типичне примене: електронска кожа, интелигентни текстил, паметни текстил и други. Типичне примене: електронска кожа, паметни текстил, роботска хаптика

2. Флексибилни сензори напрезања

Принцип: Праћење промена електричног отпора услед истезања или компресије материјала

Карактеристике: Мерење широког спектра деформација (до 800% затезног издужења)

Типичне примене: праћење кретања, испитивање здравља конструкција, носиви уређаји

3. Флексибилни температурни сензори

Принцип: Користи термоелектричне или отпорне температурне ефекте

Карактеристике: Може се прилагодити сложеним закривљеним површинама за дистрибуирано мерење температуре

Типичне примене: медицинска топлотна терапија, паметна термостатска одећа

4. Флексибилни биохемијски сензори

Принцип: Детекција специфичне хемијске супстанце или биомаркера помоћу елемента за биопрепознавање

Карактеристике: може бити у директном контакту са телесним течностима, праћење-у реалном времену

Типичне примене: анализа састава зноја, праћење зарастања рана

 

Ⅲ. КЉУЧНЕ ТЕХНОЛОГИЈЕ МАТЕРИЈАЛА ЗАФЛЕКСИБИЛНИ СЕНЗОРИ

 

Срж реализације "флексибилизације" сензора лежи у иновацији материјала:

Проводни материјали:

Металне наножице (сребрне наножице, бакарне наножице)

Материјали на бази угљеника (графен, угљеничне наноцеви)

Проводни полимери (ПЕДОТ: ПСС, полианилин)

Флексибилне подлоге:

ПДМС (полидиметилсилоксан)

Ецофлек серија Силиконска гума

Термопластични еластомери као што је полиуретан

Дизајн конструкције:

Микропукотина структура за побољшање осетљивости

Наборана структура за побољшање затезних својстава

Тродимензионална порозна структура за повећање пропустљивости ваздуха

Ове комбинације материјала и структурних дизајна омогућавају флексибилним сензорима да постигну невероватна механичка својства уз задржавање одличних електричних својстава.

 

ИВ. СЦЕНАРИЈИ ПРИМЕНЕ ОФФЛЕКСИБИЛНИ СЕНЗОРИ

 

Изгледи примене флексибилних сензора су изузетно широки, продиру у скоро свако поље савременог живота:

1. Медицинска и здравствена област

Праћење здравља носивих уређаја: Флексибилни сензори који одговарају кожи могу континуирано пратити виталне знакове као што су откуцаји срца, кисеоник у крви, крвни притисак итд., Што је прецизније и удобније од традиционалних паметних сатова.

Е-кожа: Тактилне повратне информације за протетске удове које помажу ампутарима да поврате тактилни осећај

Паметно завој за рану: пратите температуру ране, пХ и друге индикаторе да бисте проценили статус зарастања

Хируршки робот: обезбедите фину повратну информацију о сили за побољшање хируршке безбедности

2. Спорт и фитнес

Паметна спортска одећа: одећа са флексибилним сензорима за праћење активности мишића, држања и интензитета вежбања у реалном времену

Превенција спортских повреда: Анализирање образаца покрета како би се обезбедило рано упозорење на нетачне покрете који могу довести до повреде

Професионални тренинг спортиста: Прецизно квантификујте ефекте тренинга и оптимизујте програме тренинга.

3. Људска-интеракција са рачунаром

Флексибилни екран осетљив на додир: Флексибилни сензори за додир су потребни за склопиве и закривљене уређаје за приказ.

Препознавање покрета: Флексибилни сензори који се носе на руци могу прецизно ухватити сложене покрете. Препознавање покрета: Флексибилни сензори који се носе на рукама могу прецизно ухватити сложене покрете

Виртуелна стварност: Обезбедите природније тактилне повратне информације да бисте побољшали осећај урањања

4. Паметни дом и Интернет ствари

Паметни намештај: Паметни душеци са уграђеним-сензорима притиска могу да прате квалитет сна

Флексибилне електронске ознаке: савитљиве и деформабилне ознаке за праћење стања предмета

Паметно паковање: Праћење свежине хране, услова складиштења лекова

5. Индустрија и безбедност

Мониторинг здравља конструкција: мреже сензора причвршћених на површину конструкција као што су мостови и авиони за рано откривање оштећења

Индустријска роботика: флексибилни тактилни сензори омогућавају роботима да безбедно сарађују са људима

Интелигентна заштитна опрема: надгледајте излагање радника опасним окружењима

 

В. ПРЕДНОСТИ И ИЗАЗОВИ ОДФЛЕКСИБИЛНИ СЕНЗОРИ

 

Значајне предности:

Изванредно пристајање: Прилагођава се широком спектру сложених површина, од људске коже до индустријске опреме

Удобно искуство: Лаган, танак и мекан за дуготрајно-ношење без непријатности

Мулти-функционална интеграција: Више функција сензора може да се интегрише на истој флексибилној подлози

Издржљив: Отпоран на вишеструко савијање, са неким производима који могу да издрже стотине хиљада циклуса савијања

Изазови:

Сложеност процеса производње. Високи технолошки праг за припрему наноматеријала и прецизно обликовање узорака

Стабилност сигнала: смањење перформанси услед замора материјала током-дуготрајне употребе

Недовољна стандардизација: недостатак јединствених стандарда за евалуацију перформанси и метода испитивања

Питања трошкова: Неки наноматеријали су скупи, а процес масовне производње није зрео

 

ВИ. БУДУЋИ ТРЕНДОВИ РАЗВОЈА

 

Флексибилна сензорска технологија се брзо развија у следећим правцима:

Технологија са{0}}самосталним напајањем: комбиновање наногенератора трења или соларних ћелија да би се остварила енергетска аутономија

Биоразградиви сензори: коришћење упијајућих материјала за смањење електронског отпада

Мултифункционална интеграција: истовремено откривање физичких, хемијских и биолошких параметара у једном узорку

Бежично и интелигентно: интеграција бежичног преноса и могућности ивичног рачунарства

Технологија масовне производње: јефтини-процеси масовне производње као што је штампање-на-ролне

Према ИДТецхЕк-у, организацији за истраживање тржишта, она предвиђа да ће до 2030. године тржиште флексибилне електронике премашити 80 милијарди долара, од чега ће флексибилни сензори заузимати значајан удео.

 

ЗАКЉУЧАК: МЕКОЋА МЕЊА СВЕТ

 

Флексибилни сензори представљају промену парадигме у технологији сенсинга са „тврде“ на „меку“, бришући границе између електронских уређаја и живих организама, и доносећи невиђене могућности у области здравства, спорта и индустрије. Са напретком у науци о материјалима и производној технологији, очекује се да ће флексибилни сензори постати популарни као паметни телефони, тихо се интегришући у наше животе и дубоко мењајући начин на који људи комуницирају са технологијом на „меки“ начин.

У будућности можемо видети: потпуно уклапање срчане површине флексибилног сензора за рано упозорење на срчани удар; паметна одећа кроз анализу зноја-прилагођавања програма вежбања у реалном времену; кућни роботи преко флексибилних тактилних сензора за безбедну бригу о старима и деци. Реализација ових сцена је неодвојива од континуираних открића у технологији флексибилних сензора. Дошла је ера флексибилних сензора, која редефинише начин на који перципирамо свет на нежан, али дубок начин.