Isto é Ciência: eletrônica vestível e triboeletricidade. Parte 2
Olá novamente leitores do blog Prestigio!Continuamos a falar sobre eletrônicos vestíveis. Em um artigo anterior, falamos sobre fontes de alimentação baseadas em geradores triboelétricos. Agora é a vez dos aparelhos eletrônicos muito misteriosos e misteriosos, verdadeiramente vestíveis. O que a ciência e a tecnologia chegaram nesse aspecto, você descobrirá abaixo!Muitos de vocês se perguntam: “ Mas como, de fato, os geradores triboelétricos podem ser usados na vida real se geram uma quantidade tão pequena de eletricidade? "E a resposta a esta pergunta é muito simples: é necessário encontrar aplicações em que não seja necessária uma grande quantidade de eletricidade, embora o próprio dispositivo possa ser extremamente útil. Tais, por exemplo, serão uma variedade de sensores e sensores, incluindo sensores que podem ser usados.Começamos com um exemplo que já foi destacado no GT.mas sem mencionar que simplesmente não é possível. Assim, um grupo de pesquisadores chineses da Universidade de Ciência e Tecnologia da cidade de Huangzhou, juntamente com colegas da Universidade de Maryland, apresentou uma idéia interessante de traduzir a tecnologia da triboeletricidade em um dispositivo real.Os autores de um artigo publicado na prestigiada revista ACS Nano sugeriram o uso de grandes painéis do chamado "nanopapel auto-alimentado" como um sensor de toque, por exemplo, para proteger obras de arte ou impedir que as pessoas entrem na sala por uma janela, além de criar ambientes inteligentes. embalagem. A base do dispositivo, como muitos outros dispositivos triboelétricos faça duas camadas de papel transparente com textura especial que, após contato, produzem algumas dezenas de volts e alguns microamperes de corrente elétrica, o suficiente para acionar um relé ou piscar um LED.Algumas camadas funcionais, montadas e o dispositivo triboelétrico está pronto.Ostestes mostraram que o papel “inteligente” criado pode suportar mais de 50.000 ciclos de cliques. Além disso, é fácil cortar em uma espécie de "pixels" e usar como etiqueta para proteger os produtos contra falsificações. Clicar em um dos quatro pixels mostrados na figura abaixo exibe um número de 1 a 4 no LCD, mas também pode ser o logotipo do fabricante. O vídeo no site da revista demonstra esse recurso com mais detalhes.Proteção em vários estágios contra produtos falsificados: cada um dos pixels pode ser responsável por exibir seu logotipo.Podemosesperar apenas até que nossos amigos do Reino Médio lançem a produção em massa desses produtos, uma vez que a produção de etiquetas RFID baratas foi estabelecida.O artigo original, Sistemas de Nanopapel Transparente Interativo Humano Auto-Alimentado , é publicado em ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b02414 ).Analisaremos outro exemplo do campo da medicina e / ou esportes - quem mais gosta. Pulseiras de fitness, relógios ou algum outro dispositivo que monitora nossa saúde já é amplamente ouvido. E embora os médicos ainda não tenham decididoo que fazer com os dados obtidos por pessoas comuns, para que os atletas monitorem o pulso, a respiração, a saturação de oxigênio no sangue é extremamente importante, e não apenas durante o treinamento. Para esse fim, cientistas da Universidade de Suwon desenvolveram sensores transparentes, que de fato podem simplesmente ser colados ao pulso ou pescoço e monitorar todos os parâmetros acima. Além disso, o sensor será útil na medicina para monitorar a condição do paciente e / ou órgãos individuais antes, durante ou após a cirurgia.O sensor em si é um sanduíche 3 em 1. A primeira camada é um elemento sensível à flexão e à tração, baseado em um material compósito constituído por nanorrods de prata em uma matriz de polímero condutor PEDOS: PSS e poliuretano ( PU) A segunda camada é um supercapacitor ( SuperCapacitor ) e a terceira camada é um nanogerador triboelétrico (TENG). Todas as três camadas são isoladas uma da outra por um dielétrico - PDMS .(ad) Representação esquemática do sensor no corpo humano e nos principais elementos do sensor TENG, SC e um elemento sensível à tração. (e) Micrografia de um material compósito à base de hastes de prata em uma matriz polimérica. (f) Fotografia do próprio sensor: no topo, um TENG, no meio, um supercapacitor, no fundo, um elemento sensível.Emcondições de laboratório, esse sensor confirmou totalmente sua adequação. Localizado na garganta (traquéia), permite não apenas medir quantitativamente as características, mas também distinguir entre respiração e tosse, separar a ingestão simples de saliva da bebida e o processo de absorção de alimentos.(a) Monitoramento da respiração humana usando um sensor desenvolvido. (bf) A mudança na resistência do sensor sozinha depende do tempo de respirar, tossir, beber, engolir e comer. (gl) Medições semelhantes realizadas com um dispositivo integrado.Como observam os autores do trabalho, ainda há um longo caminho a percorrer (por exemplo, integração de processamento e transmissão de dados no dispositivo) antes de vermos o produto nas prateleiras das lojas na forma de um "patch rastreador de fitness" já pronto, mas esse é outro, puramente tarefa de engenharia.O artigo original, " Dispositivos lógicos e de memória de porta flutuante com armadilha de carga de nanotubo de carbono elástico e dispositivos lógicos para aparelhos eletrônicos vestíveis ", é publicado no ACSNano (DOI: 10.1021 / acsnano.5b01848 ).E em parte, outro grande grupo de cientistas sul-coreanos das universidades de Seul, Incheon e Busan adotou sua decisão, que apresentou um protótipo baseado em microeletrônica de alongamento (mais sobre eletrônica flexível e de alongamento pode ser lido aqui e aqui ).A base desse desenvolvimento são os nanotubos de carbono de parede única ( CNT ), que estão em um estado semicondutor. A figura abaixo mostra uma espécie de "tablet" transparente com bastão de pulso, composto por vários elementos, como memória flash, vários elementos lógicos ( inventores , portas NOR e NAND), além de capacitores.Diagrama de um dispositivo de teste fabricado, composto por elementos de memória, lógica e capacitores Oselementos do dispositivo são colocados no dielétrico PDMS encontrado anteriormente, que desempenha o papel de uma matriz flexível e protege os elementos sensíveis contra danos:O protótipo criado pode ser dobrado, esticado, espremido, espremido, dobrado - tudo o que a alma deseja!Os autores do trabalho realizaram toda uma gama de estudos para mostrar e provar que o conjunto de componentes microeletrônicos que eles criaram pode suportar tensão e compressão repetidas (mais de 1000 vezes) e até 20%, além de dobrar com um raio de até 5 mm, sem alterações significativas nas características.E, novamente, temos que esperar até que essa tecnologia encontre uma resposta em uma das startups ou empresas gigantes e, por exemplo, carregaremos o teclado do telefone com uma mão, como neste videoclipe:O artigo original, Plataforma de sensor destacável auto-acionável elástico transparente com reconhecimento ultrassensível de atividades humanas , é publicado na ACSNano ( DOI: 10.1021 / acsnano.5b01835 ).E o mais recente dispositivo sensor hoje, mas já feito de nanotubos de carbono convencionais (CNTs), foi apresentado por uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de Cingapura. Para isso, os nanotubos foram primeiramente cultivados na forma de uma matriz macroscópica ou floresta suficientemente grande e, em seguida, fibras longas foram feitas a partir de nanotubos individuais, que foram colocados em um substrato flexível do material Ecoflex (painéis aeb na figura abaixo).O princípio de operação desse sensor é bastante simples (g). Os CNTs estão localizados em um substrato flexível de polímero de forma que se sobreponham parcialmente um ao outro, fornecendo condutividade elétrica. No entanto, sob tensão, o contato entre eles enfraquece e interrompe em algum momento, e a resistência elétrica aumenta significativamente (d).Sensor de nanotubo de carbono super-elástico. (a) Representação esquemática da “descompactação” de uma floresta de nanotubos de carbono em um substrato. (b) Fotografia do processo em si e microfotografias de CNTs. (c) Fotografias do sensor fabricado em funcionamento e as curvas de deformação obtidas (alteração da resistência dependendo da tensão). (ef) Microfotografias do sensor em diferentes graus de alongamento. (g) Diagrama esquemático e princípio de operação do dispositivo em tensão.No entanto, os cientistas decidiram não parar por aí e fabricaram outro sensor sensível ao alongamento em duas direções. Por conseguinte, os nanotubos de carbono nele são colocados perpendiculares entre si., . , , .«Extremely Elastic Wearable Carbon Nanotube Fiber Strain Sensor for Monitoring of Human Motion» ACSNano (DOI: 10.1021/acsnano.5b00599).Em dois artigos da revisão de sensores triboelétricos e microeletrônicos vestíveis, tentamos descrever as principais características e tendências dos desenvolvimentos científicos e tecnológicos nesse campo. Como já observado na primeira parte , o progresso nos últimos dois anos é simplesmente incrível - em breve veremos os primeiros sinais desses dispositivos, sensores e telas nas "prateleiras" das lojas de eletrônicos chinesas.Vivemos tempos maravilhosos, camaradas!E para não perder nada de interessante e divertido, assine o nosso blog .Não é difícil para você, mas estamos satisfeitos!
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