Sveigjanlegir skynjarar: Ný kynslóð skynjunartækni til að gera tækni mjúka

Inngangur: Frá harðri til mjúkri tæknibyltingu

 

Samkvæmt hefðbundnum myndum eru rafeindatæki alltaf hörð og kald, en með þróun vísinda og tækni breytast ný tegund skynjara sem geta beygt, brjóta saman og jafnvel teygja - sveigjanlega skynjara þessari skynjun hljóðlega. Sveigjanlegir skynjarar brjótast ekki aðeins í gegnum líkamlegt form hefðbundinna skynjaratakmarkana, meira mannleg-tölvusamskipti, heilsuvöktun og önnur svið hafa fært byltingarkennda nýsköpunarmöguleika.

Ⅰ.HVAÐ ER ASveigjanlegur skynjari?

 

Sveigjanlegur skynjari er sveigjanlegt efni úr rafrænum skynjunartækjum sem þolir beygingu, brjóta saman, teygjur og aðrar aflögun án þess að hafa áhrif á virkni þess. Í samanburði við hefðbundna stífa skynjara hefur hann eftirfarandi mikilvæga eiginleika:

 

Efniseiginleikar: notkun fjölliða, nanóefna, elastómera og annarra sveigjanlegra hvarfefna

 

Vélrænir eiginleikar: sveigjanlegur (beygjuradíus allt að millímetrum), teygjanlegur (sumar gerðir er hægt að teygja í margfaldri upphaflegri lengd).

 

Byggingarhönnun: þunn-filma, trefjar eða þrívíddar teygjanleg uppbygging

 

Viðhald virkni: viðhalda skynjunarnákvæmni við aflögun

 

Meginreglan um notkun sveigjanlegra skynjara er svipuð og hefðbundinna skynjara, að því leyti að hún breytir eðlisfræðilegu (td þrýstingi, hitastigi, aflögun) eða efnafræðilegum stærðum í mælanleg rafmerki, en sérstaðan er hvernig þessi aðgerð er að veruleika á sama tíma. Sérstaðan er að átta sig á þessari aðgerð á meðan viðhalda sveigjanleika og aflögunarhæfni efnisins.

 

Ⅱ.KJERNAGERÐIRSveigjanlegir skynjarar

 

Samkvæmt mismunandi uppgötvunarhlutum er sveigjanlegum skynjarum skipt í eftirfarandi flokka:

1. Sveigjanlegir þrýstiskynjarar

Meginregla: Greining á þrýstingi með breytingum á viðnám, rýmd eða piezoelectric áhrif

Einkenni: Mikið næmni, greinir breitt þrýstingssvið frá léttum snertingu til mikils þrýstings

Dæmigert forrit: Rafræn húð, greindur vefnaður, snjall vefnaður og aðrir. Dæmigert forrit: rafræn húð, snjall vefnaður, vélfærafræði

2. Sveigjanlegir álagsskynjarar

Meginregla: Eftirlit með breytingum á rafviðnámi vegna teygju eða þjöppunar efnis

Eiginleikar: Mæling á fjölmörgum aflögunum (allt að 800% toglenging)

Dæmigert forrit: hreyfivöktun, heilsufarsprófun á burðarvirkjum, klæðanleg tæki

3. Sveigjanlegir hitaskynjarar

Meginregla: Nýtir hitarafmagn eða viðnám hitastigsáhrifa

Eiginleikar: Hægt að laga að flóknum bogadregnum flötum fyrir dreifða hitamælingu

Dæmigert forrit: læknisfræðileg hitameðferð, snjall hitastillir fatnaður

4. Sveigjanlegir lífefnafræðilegir skynjarar

Meginregla: Greining á tilteknu efni eða lífmerki með því að nota lífgreiningarþátt

Einkenni: getur verið í beinni snertingu við líkamsvökva, rauntímavöktun

Dæmigert forrit: greining á svitasamsetningu, eftirlit með sáragræðslu

 

Ⅲ. LYKILEFNI TÆKNI FYRIRSveigjanlegir skynjarar

 

Kjarninn í framkvæmd skynjarans "sveigjanleika" liggur í nýsköpun efna:

Leiðandi efni:

Nanóvírar úr málmi (silfur nanóvírar, kopar nanóvírar)

Kolefni-undirstaða efni (grafen, kolefni nanórör)

Leiðandi fjölliður (PEDOT: PSS, pólýanilín)

Sveigjanlegt undirlag:

PDMS (pólýdímetýlsíloxan)

Ecoflex Series sílikon gúmmí

Hitaplast teygjur eins og pólýúretan

Byggingarhönnun:

Örsprungin uppbygging til að auka næmni

Plístuð uppbygging til að bæta togþol

Þrívíð gljúp uppbygging til að auka loftgegndræpi

Þessar samsetningar efna og byggingarhönnun gera sveigjanlegum skynjurum kleift að ná ótrúlegum vélrænni eiginleikum á sama tíma og þeir viðhalda framúrskarandi rafeiginleikum.

 

IV. UMSÓKNAR sviðsmyndir afSveigjanlegir skynjarar

 

Notkunarhorfur sveigjanlegra skynjara eru afar víðtækar og komast inn á næstum öll svið nútímalífs:

1. Lækna- og heilbrigðissvið

Heilsueftirlit sem hægt er að nota: Sveigjanlegir skynjarar sem passa við húðina geta stöðugt fylgst með lífsmörkum eins og hjartslætti, súrefni í blóði, blóðþrýstingi o.s.frv., sem er nákvæmara og þægilegra en hefðbundin snjallúr.

E-húð: Snertileg endurgjöf fyrir gervilimi til að hjálpa aflimuðum einstaklingum að endurheimta snertitilfinningu

Snjall sárabúningur: Fylgstu með hitastigi sárs, pH og öðrum vísbendingum til að meta lækningastöðu

Skurðaðgerð vélmenni: Gefðu fína kraftendurgjöf til að bæta skurðaðgerðaröryggi

2. Íþróttir og líkamsrækt

Snjall íþróttafatnaður: Fatnaður með sveigjanlegum skynjara til að fylgjast með vöðvavirkni, líkamsstöðu og æfingastyrk í rauntíma

Forvarnir gegn íþróttameiðslum: Greining á hreyfimynstri til að gefa snemma viðvörun um rangar hreyfingar sem gætu leitt til meiðsla

Þjálfun atvinnuíþróttamanna: Mældu þjálfunaráhrif nákvæmlega og hámarkaðu þjálfunarprógrömm.

3. Mannleg-Tölvusamskipti

Sveigjanlegur snertiskjár: Sveigjanlegir snertiskynjarar eru nauðsynlegir fyrir samanbrjótanlegt og bogið skjátæki.

Bendingagreining: Sveigjanlegir skynjarar sem eru á hendinni geta fanga flóknar bendingar nákvæmlega. Bendingagreining: Sveigjanlegir skynjarar sem eru á höndum geta fanga flóknar bendingar nákvæmlega

Sýndarveruleiki: Gefðu náttúrulegri áþreifanleg endurgjöf til að auka tilfinningu fyrir dýfu

4. Smart Home og Internet of Things

Snjöll húsgögn: Snjallar dýnur með innbyggðum-þrýstingsskynjurum geta fylgst með gæðum svefnsins

Sveigjanleg rafræn merki: Beygjanleg og aflöganleg merki til að fylgjast með ástandi hluta

Snjallar umbúðir: Eftirlit með ferskleika matvæla, geymsluaðstæður lyfja

5. Iðnaður og öryggi

Heilsueftirlit með burðarvirkjum: net skynjara sem fest eru á yfirborð mannvirkja eins og brýr og flugvéla til að greina snemma skemmdir

Iðnaðarvélfærafræði: sveigjanlegir áþreifanlegir skynjarar gera vélmennum kleift að vinna á öruggan hátt með mönnum

Greindur hlífðarbúnaður: fylgist með útsetningu starfsmanna fyrir hættulegu umhverfi

 

V. KOSTIR OG ÁskoranirSveigjanlegir skynjarar

 

Mikilvægir kostir:

Framúrskarandi passa: Aðlagast fjölbreyttu flóknu yfirborði, allt frá mannshúð til iðnaðarbúnaðar

Þægileg upplifun: Létt, þunnt og mjúkt fyrir langtíma notkun án óþæginda

Fjöl-virk samþætting: Hægt er að samþætta margar skynjunaraðgerðir á sama sveigjanlega undirlagið

Varanlegur: Þolir endurtekna beygju, með sumar vörur sem geta staðist hundruð þúsunda beygjulota

Áskoranir:

Flókið framleiðsluferli. Hár tæknilegur þröskuldur fyrir undirbúning nanóefnis og nákvæmnismynstur

Merkjastöðugleiki: hnignun afkasta vegna efnisþreytu við lang-tíma notkun

Ófullnægjandi stöðlun: skortur á samræmdum frammistöðumatsstöðlum og prófunaraðferðum

Kostnaðarmál: Sum nanóefni eru dýr og fjöldaframleiðsluferlið er ekki þroskað

 

VI. FRAMTÍÐARÞRÓUNARSTEFNI

 

Sveigjanleg skynjaratækni þróast hratt í eftirfarandi áttir:

Sjálf-knúin tækni: sameinar núning nanórafalla eða sólarsellur til að gera sér grein fyrir orkusjálfræði

Lífbrjótanlegar skynjarar: nota frásoganleg efni til að draga úr rafeindaúrgangi

Fjölvirk samþætting: samtímis greining á eðlisfræðilegum, efnafræðilegum og líffræðilegum breytum í einu sýni

Þráðlaust og snjallt: samþætting þráðlausrar sendingar og kanttölvugetu

Fjöldaframleiðslutækni: fjöldaframleiðsluferli með litlum-kostnaði eins og rúllu-til-rúlluprentun

Samkvæmt IDTechEx, markaðsrannsóknastofnun, spáir hún því að árið 2030 muni sveigjanlegur raftækjamarkaður fara yfir 80 milljarða dollara, þar af munu sveigjanlegir skynjarar taka mikilvægan hlut.

 

Ályktun: Mýkt breytir heiminum

 

Sveigjanlegir skynjarar tákna hugmyndabreytingu í skynjunartækni frá „harðri“ yfir í „mjúk“, þoka mörkin milli rafeindatækja og lífvera og færa áður óþekkta möguleika á sviði heilbrigðisþjónustu, íþrótta og iðnaðar. Með framfarir í efnisvísindum og framleiðslutækni er búist við að sveigjanlegir skynjarar verði jafn vinsælir og snjallsímar, þeir falli hljóðlega inn í líf okkar og breyti djúpt hvernig menn hafa samskipti við tækni á „mjúkan“ hátt.

Í framtíðinni gætum við séð: passa alveg hjartayfirborð sveigjanlega skynjarans fyrir snemma viðvörun um hjartaáfall; snjallfatnaður í gegnum svitagreiningu á rauntímabreytingum á æfingaprógramminu-; heimilisvélmenni í gegnum sveigjanlega áþreifanlega skynjara til að sjá um aldraða og börn á öruggan hátt. Innleiðing þessara sena er óaðskiljanleg frá áframhaldandi byltingum í sveigjanlegri skynjaratækni. Tímabil sveigjanlegra skynjara er runnið upp og það er að endurskilgreina hvernig við skynjum heiminn á mildan en djúpstæðan hátt.