هذا هو العلم: الإلكترونيات القابلة للارتداء والكهربائية. الجزء 2
مرحبًا مرة أخرى بقراء مدونة Prestigio!نواصل الحديث عن الإلكترونيات القابلة للارتداء. في مقال سابق ، تحدثنا عن إمدادات الطاقة لها بناءً على مولدات كهرباء احتفالية. الآن جاء دور الإلكترونيات الغامضة والغامضة التي يمكن ارتداؤها حقًا. ما الذي وصلت إليه العلوم والتكنولوجيا في هذا الجانب ، ستكتشف تحت الخفض!سيتساءل الكثير منكم: " ولكن ، في الواقع ، كيف يمكن استخدام المولدات الكهربائية الاحترافية في الحياة الواقعية إذا قاموا بتوليد مثل هذه الكمية الصغيرة من الكهرباء؟ "والإجابة على هذا السؤال بسيطة للغاية: من الضروري العثور على مثل هذه التطبيقات التي لا تتطلب كمية كبيرة من الكهرباء ، على الرغم من أن الجهاز نفسه قد يكون مفيدًا للغاية. على سبيل المثال ، ستكون مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار وأجهزة الاستشعار ، بما في ذلك أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء.نبدأ بمثال واحد تم إبرازه بالفعل على GT.ولكن ناهيك عن أنه ببساطة غير ممكن. لذا ، قدمت مجموعة من الباحثين الصينيين من جامعة العلوم والتكنولوجيا في مدينة هوانغتشو مع زملاء من جامعة ماريلاند فكرة مثيرة للاهتمام لترجمة تكنولوجيا الكهرباء الاحتكاكية إلى جهاز حقيقي.اقترح مؤلفو مقال نُشر في مجلة ACS Nano المرموقة استخدام لوحات كبيرة من ما يسمى بـ "ورقة النانو ذاتية التشغيل" كمستشعر لمس ، على سبيل المثال ، لحماية الأعمال الفنية أو منع الناس من دخول الغرفة من خلال نافذة ، وكذلك عند إنشاء ذكية التعبئة والتغليف. أساس الجهاز ، مثل العديد من الأجهزة الكهربائية الاحتكارية الأخرى تتكون من طبقتين محكمتين بشكل خاص من الورق الشفاف ، اللذان ينتجان عند التلامس بضع عشرات من الفولتات وعدد قليل من المايكرامبيرات للتيار الكهربائي ، وهو ما يكفي لتشغيل مرحل أو وميض LED.بضع طبقات وظيفية ، تم تجميعها معًا ، وجهاز كهرباء الاحتكاك جاهز ،وأظهر اختبارنا أن الورق "الذكي" الذي تم إنشاؤه يمكن أن يتحمل أكثر من 50000 دورة من النقرات. بالإضافة إلى ذلك ، من السهل قطعها إلى نوع من "البكسل" واستخدامها كتسمية لحماية المنتجات من المنتجات المزيفة. يؤدي النقر على إحدى وحدات البكسل الأربع الموضحة في الشكل أدناه إلى عرض رقم من 1 إلى 4 على شاشة LCD ، ولكن يمكن أن يكون أيضًا شعار الشركة المصنعة. يوضح مقطع الفيديو على موقع المجلة هذه الميزة بمزيد من التفاصيل.حماية متعددة المراحل ضد المنتجات المزيفة: يمكن أن تكون كل بكسل مسؤولة عن عرض شعارها.حسنًا ، لا يمكننا الانتظار إلا إلى أن يقوم أصدقاؤنا من المملكة الوسطى بإطلاق إنتاج ضخم لهذه المنتجات ، حيث تم إنشاء علامات RFID رخيصة.تم نشر المقالة الأصلية ، أنظمة الورق النانوية الشفافة التفاعلية ذاتيًا ، في ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b02414 ).سنقوم بتحليل مثال آخر من مجال الطب و / أو الرياضة - من يحبها أكثر. أساور اللياقة البدنية ، والساعات ، أو بعض الأدوات الأخرى التي تراقب صحتنا مسموعة على نطاق واسع بالفعل. وعلى الرغم من أن الأطباء لم يقرروا بعدما يجب القيام به مع البيانات التي حصل عليها الناس العاديون ، للرياضيين لمراقبة النبض ، التنفس ، تشبع الأكسجين في الدم مهم للغاية ، وليس فقط أثناء التدريب. لهذا الغرض ، طور علماء من جامعة سوون مستشعرات شفافة ، والتي في الواقع يمكن لصقها ببساطة على المعصم أو الرقبة ومراقبة جميع المعلمات المذكورة أعلاه. بالإضافة إلى ذلك ، سيكون المستشعر مفيدًا في الطب لمراقبة حالة المريض و / أو الأعضاء الفردية قبل الجراحة أو أثناءها أو بعدها.المستشعر نفسه عبارة عن شطيرة 3 في 1. الطبقة الأولى عبارة عن عنصر حساس للانحناء والشد يعتمد على مادة مركبة تتكون من النانو الفضية في مصفوفة بوليمر PEDOS موصل : PSS و polyurethane ( PU)) الطبقة الثانية عبارة عن مكثف فائق ( SuperCapacitor ) ، والطبقة الثالثة عبارة عن مولد نانو كهربائي (TENG). يتم عزل الطبقات الثلاث عن بعضها البعض بواسطة عازل - PDMS .(إعلان) تمثيل تخطيطي للمستشعر على جسم الإنسان والعناصر الرئيسية لمستشعر TENG و SC وعناصر حساسة للشد. (هـ) صورة مجهرية لمركب مركب على قضبان فضية في مصفوفة بوليمر. (و) صورة المستشعر نفسه: في الأعلى يوجد TENG ، في المنتصف مكثف فائق ، في الأسفل عنصر حساس.في ظروف المختبر ، أكد هذا المستشعر تمامًا ملاءمته. تقع على الحلق (القصبة الهوائية) ، فهي لا تسمح فقط بقياس الخصائص كميا ، ولكن أيضا للتمييز بين التنفس والسعال ، لفصل ابتلاع اللعاب عن الشرب ، وكذلك عملية امتصاص الطعام.(أ) رصد تنفس الإنسان باستخدام جهاز استشعار متطور. (bf) يعتمد تغير مقاومة المستشعر وحده على وقت التنفس والسعال والشرب والبلع والأكل. (gl) قياسات مماثلة تم أخذها بجهاز متكامل.كما يلاحظ مؤلفو العمل أنفسهم ، لا يزال هناك طريق طويل يتعين قطعه (على سبيل المثال ، دمج معالجة البيانات ونقلها في الجهاز) قبل أن نرى المنتج على رفوف المتاجر في شكل "تصحيح تعقب اللياقة البدنية" الجاهز ، ولكن هذا هو آخر ، بحتة مهمة هندسية.تم نشر المقالة الأصلية ، " ذاكرة الأنابيب النانوية الكربونية القابلة للتمديد ، والمصيدة العائمة للبوابة والأجهزة المنطقية للإلكترونيات القابلة للارتداء " ، في ACSNano (دوى: 10.1021 / acsnano.5b01848 ).ومن ناحية أخرى، قامت مجموعة أخرى كبيرة من علماء من كوريا الجنوبية من جامعات سيول، إنتشون وبوسان عن قرارها، الذي قدم النموذج على أساس تمتد الالكترونيات الدقيقة (المزيد حول يمكن قراءة الالكترونيات مرنة وتمتد هنا و هنا ).أساس هذا التطور هو الأنابيب النانوية الكربونية أحادية الجدار ( CNT ) ، والتي تكون في حالة أشباه الموصلات. يوضح الشكل أدناه نوعًا من "قرص" معصم شفاف ، يتكون من عدة عناصر مثل ذاكرة الفلاش ، وعناصر منطقية مختلفة ( المخترعين ، وبوابات NOR و NAND) ، بالإضافة إلى المكثفات.رسم تخطيطي لجهاز اختبار مصنع ، يتكون من عناصر الذاكرة والمنطق والمكثفات.يتم وضع عناصر الجهاز في عازل PDMS الذي تمت مواجهته سابقًا ، والذي يلعب دور مصفوفة مرنة ويحمي العناصر الحساسة من التلف:يمكن أن ينحني النموذج الأولي أو يمتد أو يضغط أو يضغط أو ينحني - كل ما تريده الروح!قام مؤلفو العمل بإجراء مجموعة كاملة من الدراسات لإثبات وإثبات أن مجموعة المكونات الإلكترونية الدقيقة التي أنشأوها يمكن أن تتحمل التوتر والضغط المتكرر (أكثر من 1000 مرة) والضغط حتى 20 ٪ ، بالإضافة إلى الانحناء بنصف قطر يصل إلى 5 مم دون تغييرات كبيرة في الخصائص.ومرة أخرى علينا أن ننتظر حتى تجد هذه التقنية استجابة في إحدى الشركات الناشئة أو العملاقة ، على سبيل المثال ، سنحمل لوحة مفاتيح الهاتف من جهة ، كما في مقطع الفيديو هذا:تم نشر المقالة الأصلية ، منصة مستشعرات شفافة قابلة للمحاكاة تعمل بالطاقة الذاتية مع الاعتراف الفائق للأنشطة البشرية ، في ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b01835 ).تم تقديم أحدث جهاز استشعار اليوم ، ولكنه مصنوع بالفعل من الأنابيب النانوية الكربونية التقليدية (CNTs) ، من قبل فريق من الباحثين من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة سنغافورة. لهذا ، تم تطوير الأنابيب النانوية لأول مرة في شكل صفيف كبير بما فيه الكفاية ، أو غابة ، ثم تم تصنيع ألياف طويلة من أنابيب نانوية فردية ، تم وضعها على ركيزة مرنة من مواد Ecoflex (الألواح أ و ب في الصورة أدناه).مبدأ تشغيل هذا المستشعر بسيط للغاية (ز). تقع الأنابيب النانوية الكربونية على ركيزة بوليمر مرنة بحيث تتداخل جزئيًا مع بعضها البعض ، مما يوفر التوصيل الكهربائي. ومع ذلك ، تحت التوتر ، يضعف الاتصال بينهما وينقطع في وقت ما ، وتزداد المقاومة الكهربائية بشكل ملحوظ (د).مستشعر الأنبوب النانوي الكربوني فائق المرونة. (أ) التمثيل التخطيطي لـ "تفريغ" غابة من الأنابيب النانوية الكربونية على ركيزة. (ب) صورة للعملية نفسها ومخططات مصغرة للأنابيب النانوية الكربونية. (ج) صور أجهزة الاستشعار المصنعة في العمل ومنحنيات التشوه التي تم الحصول عليها (تغيير في المقاومة حسب التوتر). (ef) صور مجهرية للمستشعر بدرجات مختلفة من التمدد. (ز) رسم تخطيطي ومبدأ تشغيل الجهاز في التوتر.ومع ذلك ، قرر العلماء عدم التوقف عند هذا الحد وجعلوا مستشعرًا آخر حساسًا للتمدد في اتجاهين. وفقًا لذلك ، يتم وضع الأنابيب النانوية الكربونية فيها بشكل عمودي على بعضها البعض., . , , .«Extremely Elastic Wearable Carbon Nanotube Fiber Strain Sensor for Monitoring of Human Motion» ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b00599).في مقالتين لمراجعة أجهزة الاستشعار الكهربائية الاحتكارية والإلكترونيات الدقيقة القابلة للارتداء ، حاولنا تحديد السمات والاتجاهات الرئيسية للتطورات العلمية والتكنولوجية في هذا المجال. كما لوحظ بالفعل في الجزء الأول ، فإن التقدم خلال العامين الماضيين مدهش ببساطة - يجب أن نرى قريبًا العلامات الأولى لهذه الأجهزة وأجهزة الاستشعار والشاشات على "أرفف" المتاجر الإلكترونية الصينية.نحن نعيش أوقات رائعة ، أيها الرفاق!ولكي لا تفوت أي شيء ممتع وممتع ، اشترك في مدونتنا .ليس الأمر صعبًا بالنسبة لك ، لكننا سعداء!
This is Science GeekTimes:This is Science:This is Science: – ?This is Science:This is Science: : !This is Science:This is Science:This is Science: 3DThis is Science: ?This is Science:This is Science: 3DThis is Science:This is Science:This is Science: . 1This is Science: . 2Source: https://habr.com/ru/post/ar384675/
All Articles