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新型柔性“创可贴”传感器问世

2018年02月05日 09:53:54 中国传动网

通常来讲,传统的“情报、监视与侦察”(ISR)传感器总是由笨重的天线和大盒子组成,并且需要固定到位。美国空军研究实验室(AFRL)和哈佛大学的研究人员正寻求将传感器缩小到创可贴大小,为传感器及传感器应用的发展创造新的可能。

“混合3D打印”技术利用增材制造将柔软的导电油墨与基片结合在一起,形成有弹性的电子元件。

比如,将传感器的电子元件数字化地“印刷”成薄片状、可弯曲、可伸缩的弹性材料。这种传感器的价格可能比传统产品便宜,但真正的意义在于突破了传统传感器的局限,显著减轻下一代ISR的重量。AFRL和哈佛大学威斯生物启发工程研究所的研究人员表示他们已开发出实现该设想的方法。其技术细节已发表在《先进材料》杂志,现正在开发实际应用。

空军设想这种新型传感器将具有一系列的潜在用途。比如纤细的弹性条带可取代飞机上的大盒子传感器,节约空间和载重。同时它们还可以减轻维护负担,比如加油机油囊周围的维护工作就非常复杂,需要数人从飞机上取下油囊来寻找漏洞,如果油囊上安装新型柔性传感器,可降低维护成本,缩短维护周期。

其他军种也可从中受益。研究人员正在研究新型传感器如何增强步兵能力,比如利用穿戴电子设备感知疲劳和运动,通过监测步态或观察手臂如何弯曲,提供更好的体能评估以及更深层次了解他们的身体能力和限制。此外,印刷电子不仅仅可用作传感器,研究人员还在探索使用弹性介质印刷电路来产生电力。

AFRL也通过公私合作机构NextFlex来协调组织商业领域的力量。该联盟成立于2015年,正联合国防、工业和学术界共同推动柔性电子的发展。该组织表示,其宗旨是“创造符合规范的、可伸缩的智能产品,从而开创‘电子一切’的时代,提升全世界的效率。”AFRL相关负责人表示,这将提升混合电子领域的制造水平。因为除了基础科学外,还需要将这些能力转化为设备和产品的制造能力。但这一转变可能需要几年的时间。

AFRL团队表示,3D打印技术将在一年内完成“印刷”电子元件的生产,但在开发弹性介质方面仍有一些材料科学工作要做。在他们发表的研究结果中,研究人员使用了3D打印机生成一种导电、含银的热塑性聚氨酯,然后运用拾放方法将微控制器芯片和LED灯置入柔性基片。这是3D打印机首次打印带有集成微电子元件的弹性传感器,打印机从零开始打印了一个完整的弹性电路,实现了印刷部件与现成电子产品的相结合。最终产品即使被拉伸超过原尺寸的30%也能保持功能。

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