यह विज्ञान है: पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स और triboelectricity। भाग 2

नमस्ते फिर से प्रेस्टीजियो ब्लॉग के पाठकों!

हम पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में बात करना जारी रखते हैं। पिछले एक लेख में, हमने इसके लिए ट्राइबोइलेक्ट्रिक जनरेटर के आधार पर बिजली की आपूर्ति के बारे में बात की थी। अब यह बहुत ही रहस्यमय और रहस्यमय सही मायने में पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स की बारी है। इस पहलू पर विज्ञान और प्रौद्योगिकी क्या कर रहे हैं, आप कट के तहत पता लगा लेंगे!



आप में से बहुत से लोग अपने आप से पूछेंगे: “ लेकिन वास्तव में, ट्राइबोइलेक्ट्रिक जनरेटर का उपयोग वास्तविक जीवन में कैसे किया जा सकता है यदि वे इतनी कम मात्रा में बिजली उत्पन्न करते हैं? "और इस प्रश्न का उत्तर बहुत सरल है: ऐसे अनुप्रयोगों को खोजने के लिए आवश्यक है जिसमें बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता नहीं होती है, हालांकि डिवाइस स्वयं बहुत उपयोगी हो सकता है। उदाहरण के लिए, पहनने योग्य लोगों सहित सेंसर और सेंसर की एक किस्म होगी।

हम एक उदाहरण से शुरू करते हैं जो पहले ही जीटी पर प्रकाश डाला गया है।लेकिन इसका उल्लेख नहीं करना संभव नहीं है। तो, यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी के चीनी शोधकर्ताओं के एक समूह ने हुआंगझू शहर के मैरीलैंड विश्वविद्यालय के सहयोगियों के साथ मिलकर ट्राइबोइलेक्ट्रिक तकनीक को एक वास्तविक उपकरण में बदलने का एक दिलचस्प विचार प्रस्तुत किया।

प्रतिष्ठित एसीएस नैनो पत्रिका में प्रकाशित एक लेख के लेखकों ने तथाकथित "सेल्फ-पावर्ड नैनोपैपर" के बड़े पैनल का उपयोग एक टच सेंसर के रूप में किया, उदाहरण के लिए, कला के कामों की रक्षा करने के लिए या लोगों को एक खिड़की के माध्यम से कमरे में प्रवेश करने से रोकने के साथ-साथ स्मार्ट बनाने के दौरान। पैकेजिंग। डिवाइस का आधार, कई अन्य त्रिआयामी उपकरणों की तरह पारदर्शी कागज की दो विशेष बनावट वाली परतें बनाएं, जो संपर्क करने पर दसियों वोल्ट के जोड़े और विद्युत प्रवाह के कुछ माइक्रोएम्पर्स का उत्पादन करें, जो रिले को ट्रिगर करने या एलईडी को ब्लिंक करने के लिए पर्याप्त है।

कुछ कार्यात्मक परतें, एक साथ इकट्ठी, और ट्राइबोइलेक्ट्रिक डिवाइस तैयार है।

हमारे परीक्षण से पता चला है कि बनाया गया "स्मार्ट" पेपर क्लिक के 50,000 से अधिक चक्रों का सामना कर सकता है। इसके अलावा, एक प्रकार के "पिक्सेल" में कटौती करना और नकली से उत्पादों की रक्षा के लिए एक लेबल के रूप में उपयोग करना आसान है। नीचे दिए गए चित्र में दिखाए गए चार पिक्सेल में से एक पर क्लिक करने से एलसीडी पर 1 से 4 तक की संख्या प्रदर्शित होती है, लेकिन यह निर्माता का लोगो भी हो सकता है। पत्रिका की वेबसाइट पर वीडियो इस सुविधा को अधिक विस्तार से प्रदर्शित करता है।

नकली उत्पादों के खिलाफ बहु-मंच संरक्षण: प्रत्येक पिक्सेल अपने लोगो को प्रदर्शित करने के लिए जिम्मेदार हो सकता है।

ठीक है, हम केवल तब तक इंतजार कर सकते हैं जब तक कि मध्य साम्राज्य के हमारे दोस्तों ने इन उत्पादों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू नहीं किया, क्योंकि सस्ते आरएफआईडी टैग की रिहाई एक बार स्थापित हुई थी।

मूल लेख, स्व-संचालित मानव-इंटरएक्टिव पारदर्शी नैनोपैपर सिस्टम , ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b02414 ) में प्रकाशित होता है ।

हम चिकित्सा और / या खेल के क्षेत्र से एक और उदाहरण का विश्लेषण करेंगे - जो कोई भी इसे सबसे अधिक पसंद करता है। फिटनेस कंगन, घड़ियाँ, या कुछ अन्य गैजेट जो हमारे स्वास्थ्य की निगरानी करते हैं, पहले से ही व्यापक रूप से सुनाई देते हैं। और हालांकि डॉक्टरों ने अभी तक फैसला नहीं किया हैआम लोगों द्वारा प्राप्त आंकड़ों के साथ क्या करना है, एथलीटों के लिए पल्स, श्वसन, रक्त की ऑक्सीजन संतृप्ति की निगरानी करना बहुत महत्वपूर्ण है, और न केवल प्रशिक्षण के दौरान। इस उद्देश्य के लिए, सुवन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने पारदर्शी सेंसर विकसित किए हैं, जो वास्तव में कलाई या गर्दन पर चिपके हो सकते हैं और उपरोक्त सभी मापदंडों की निगरानी कर सकते हैं। इसके अलावा, सर्जरी के दौरान या बाद में रोगी और / या व्यक्तिगत अंगों की स्थिति की निगरानी के लिए सेंसर दवा में उपयोगी होगा।

सेंसर अपने आप में एक 3-इन -1 सैंडविच है। पहली परत एक झुकने और तन्य संवेदनशील तत्व है जो संवाहक PEDOS बहुलक के एक मैट्रिक्स में चांदी नैनोरोड्स से मिलकर एक मिश्रित सामग्री पर आधारित है : PSS और पॉलीयुरेथेन ( PU)) दूसरी परत एक सुपरकैपेसिटर ( SuperCapacitor ) है, और तीसरी परत एक ट्राइबोइलेक्ट्रिक नैनोजेनरेटर (TENG) है। तीनों परतों को एक ढांकता हुआ - PDMS द्वारा एक दूसरे से अछूता रहता है ।

(विज्ञापन) मानव शरीर पर सेंसर का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व और TENG, SC सेंसर और एक तन्यता-संवेदनशील तत्व के मुख्य तत्व। (ई) एक बहुलक मैट्रिक्स में चांदी की छड़ पर आधारित एक समग्र सामग्री का माइक्रोग्राफ। (f) सेंसर का फोटो स्वयं: शीर्ष पर एक TENG है, मध्य में एक सुपरकैपेसिटर है, तल पर एक संवेदनशील तत्व है।

प्रयोगशाला स्थितियों में, इस तरह के सेंसर ने पूरी तरह से इसकी उपयुक्तता की पुष्टि की है। गले (ट्रेकिआ) पर स्थित, यह न केवल मात्रात्मक रूप से विशेषताओं को मापने की अनुमति देता है, बल्कि श्वास और खांसी के बीच अंतर करने के लिए, पीने से लार के सरल अंतर्ग्रहण को अलग करने के लिए, साथ ही भोजन के अवशोषण की प्रक्रिया को भी।

(ए) विकसित सेंसर का उपयोग करके मानव श्वसन की निगरानी। (bf) अकेले संवेदक के प्रतिरोध में परिवर्तन सांस लेने, खांसने, पीने, निगलने और खाने के समय पर निर्भर करता है। (gl) एक एकीकृत उपकरण के साथ लिया गया समान माप।

जैसा कि काम के लेखक स्वयं नोट करते हैं, अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है (उदाहरण के लिए, डेटा प्रसंस्करण और डिवाइस में संचरण को एकीकृत करना) इससे पहले कि हम उत्पाद को तैयार "फिटनेस ट्रैकर पैच" के रूप में स्टोर अलमारियों पर देखें, लेकिन यह एक और है, विशुद्ध रूप से इंजीनियरिंग कार्य।

मूल लेख, " स्ट्रेचेबल कार्बन नैनोट्यूब चार्ज-ट्रैप फ्लोटिंग-गेट मेमोरी एंड लॉजिक डिवाइसेस फॉर वेयरेबल इलेक्ट्रॉनिक्स ", ACSNano (DOI: 10.1021 / acsnano.5b01848 )।

और आंशिक रूप से, सियोल, इंचियोन और बुसान के विश्वविद्यालयों से दक्षिण कोरियाई वैज्ञानिकों के एक अन्य बड़े समूह ने अपना फैसला लिया, जिन्होंने स्ट्रेचिंग माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक (लचीले और स्ट्रेचिंग इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में और यहां और यहां पढ़ा जा सकता है ) केआधार पर एक प्रोटोटाइप पेश किया।

इस विकास का आधार एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब ( सीएनटी ) हैं, जो अर्धचालक अवस्था में हैं। नीचे दिया गया आंकड़ा एक प्रकार का पारदर्शी कलाई-छड़ी "टैबलेट" दिखाता है, जिसमें फ्लैश-मेमोरी, विभिन्न लॉजिक तत्व ( आविष्कारक , NOR और NAND गेट)जैसे कई तत्व शामिल हैं, साथ ही कैपेसिटर भी हैं।

एक निर्मित परीक्षण उपकरण का आरेख, जिसमें स्मृति तत्व, तर्क और कैपेसिटर शामिल होते हैं।

डिवाइस के तत्वों को पहले से सामना किए गए PDMS ढांकता हुआ रखा जाता है, जो एक लचीली मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है और संवेदनशील तत्वों को नुकसान से बचाता है:

बनाया हुआ प्रोटोटाइप झुक सकता है, फैला हुआ, निचोड़ा हुआ, निचोड़ा हुआ, मुड़ा हुआ - यह सब आत्मा की इच्छा है!

काम के लेखकों ने यह दिखाने के लिए अध्ययनों की एक पूरी श्रृंखला को अंजाम दिया और साबित किया कि उनके द्वारा बनाए गए माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक घटकों की सरणी बार-बार (1000 से अधिक बार) 20% तक तनाव और संपीड़न का सामना कर सकती है, साथ ही विशेषताओं में महत्वपूर्ण बदलाव के बिना 5% तक की त्रिज्या के साथ झुकना पड़ सकता है।

और फिर से हमें तब तक इंतजार करना होगा जब तक कि यह तकनीक स्टार्टअप या दिग्गज कंपनियों में से किसी एक में प्रतिक्रिया नहीं पाती है और उदाहरण के लिए, हम टेलीफोन कीपैड को एक हाथ पर ले जाएंगे, जैसा कि इस वीडियो क्लिप में है:


मूल लेख, ट्रांसपेरेंट स्ट्रेचेबल सेल्फ-पावर्ड पैचेबल सेंसर प्लेटफॉर्म विद अल्ट्रेंसेंसिव रिकॉग्निशन ऑफ ह्यूमन एक्टिविटीज , ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b01835 ) में प्रकाशित हुआ है ।

और नवीनतम सेंसर डिवाइस आज, लेकिन पहले से ही पारंपरिक कार्बन नैनोट्यूब (सीएनटी) से बना है, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) और सिंगापुर विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा प्रस्तुत किया गया था। इसके लिए, नैनोट्यूब को पहले पर्याप्त रूप से बड़े, स्थूल सरणी, या जंगल के रूप में उगाया गया था, और फिर व्यक्तिगत फाइबर नैनोट्यूब से लंबे फाइबर बनाए गए थे, जिन्हें इकोफ्लेक्स सामग्री (नीचे चित्र में ए और बी पैनल) के एक लचीले सब्सट्रेट पर रखा गया था।

ऐसे सेंसर के संचालन का सिद्धांत काफी सरल है (जी)। CNT एक बहुलक लचीले सब्सट्रेट पर इस तरह से स्थित होते हैं कि वे आंशिक रूप से एक दूसरे को ओवरलैप करते हैं, विद्युत चालकता प्रदान करते हैं। हालांकि, तनाव के तहत, उनके बीच संपर्क कमजोर हो जाता है और कुछ बिंदु पर टूट जाता है, और विद्युत प्रतिरोध काफी (डी) बढ़ जाता है।

सुपर-लोचदार कार्बन नैनोट्यूब सेंसर। (ए) एक सब्सट्रेट पर कार्बन नैनोट्यूब के एक जंगल के "अनपैकिंग" का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व। (b) स्वयं प्रक्रिया की फोटो और CNTs की माइक्रोबॉटोग्राफ। (ग) काम पर निर्मित सेंसर की तस्वीरें और प्राप्त विरूपण घटता (तनाव के आधार पर प्रतिरोध में परिवर्तन)। (एफई) स्ट्रेचिंग की अलग-अलग डिग्री पर सेंसर के माइक्रोफोटोग्राफ। (छ) तनाव में डिवाइस के संचालन के योजनाबद्ध आरेख और सिद्धांत।

हालांकि, वैज्ञानिकों ने वहां नहीं रुकने का फैसला किया और एक और सेंसर बनाया जो दो दिशाओं में फैलने के लिए संवेदनशील है। तदनुसार, इसमें कार्बन नैनोट्यूब को एक दूसरे के लंबवत रखा जाता है।

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«Extremely Elastic Wearable Carbon Nanotube Fiber Strain Sensor for Monitoring of Human Motion» ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b00599).

ट्राइबोइलेक्ट्रिक सेंसरों और पहनने योग्य माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की समीक्षा के दो लेखों में, हमने इस क्षेत्र में वैज्ञानिक और तकनीकी विकास की मुख्य विशेषताओं और रुझानों को रेखांकित करने का प्रयास किया। जैसा कि पहले भाग में पहले ही उल्लेख किया गया है , पिछले दो वर्षों में प्रगति केवल आश्चर्यजनक है - हमें बहुत जल्द चीनी इलेक्ट्रॉनिक स्टोरों के "अलमारियों" पर इन उपकरणों, सेंसर और स्क्रीन के पहले संकेतों को देखना चाहिए।

हम अद्भुत समय रहते हैं, कामरेड!

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Source: https://habr.com/ru/post/hi384675/