Cảm biến gia tốc làm từ giấy dùng 1 lần
Các thiết bị cảm biến gia tốc cỡ nhỏ đã tạo nên cuộc cách mạng trong thiết kế hệ thống túi khí ô tô trong thập niên 90. Với chi phí chỉ vài USD cho mỗi người và chiếm diện tích chỉ vài mm, các thiết bị này đã thay thế cho các hệ thống cùng chức năng cồng kềnh với giá thành cao.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu của Đại học Harvard đã đưa ra một thiết bị cảm biến MEMS mới giá rẻ dùng một lần. Được làm từ giấy với chi phí 4 peny, cảm biến giấy cho thấy khả năng ứng dụng rất lớn. Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm đã được trình bày tại Hội nghị IEEE 2011 MEMS.
Thiết bị mới mô phỏng tính năng áp điện trong các cảm biến MEMS được coi là trái tim của các thiết bị cảm biến hiện tại. Áp điện là sự thay đổi điện trở khi vật liệu là bị căng cơ khí. Ngoài khả năng triển khai cho hệ thống túi khí, cảm biến gia tốc còn được sử dụng để giám sát rung động trong các tòa nhà và cây cầu, để kích hoạt ổ cứng bảo vệ máy tính xách tay, và để cảm giác chuyển động trong iPhone và điều khiển từ xa Wifi.
Giáo sư hóa học và nhà tiên phong trong thiết bị tiên phong giấy George Whitesides, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, nói rằng ông mong đợi các cảm biến gia tốc giấy thay thế cảm biến silicon. Tuy chưa có ứng dụng cụ thể nhưng ông hy vọng với chi phí thấp, nhẹ và dễ chế tạo, loại thiết bị mới này có thể ứng dụng được trong nhiều lĩnh vực khác nhau từ dân dụng đến y tế.
"MEMS là một công nghệ tuyệt vời đối với một số lĩnh vực như điều khiển kỹ thuật số, túi khí ô tô, cơ chế an toàn cho vũ khí hạt nhân,… nhưng bạn sẽ không tìm thấy thiết bị như vậy trong mọi thiết bị nhà bếp, và lý do hiển nhiên là nó quá đắt," Whitesides nói.
Cảm biến bằng giấy sẽ có đối tượng sử dụng riêng do chí phi thấp, Kevin Dowling, Phó Chủ tịch Trung tâm nghiên cứu và phát triển tại mc10 về thiết bị điện tử linh hoạt mới thành lập ở Cambridge, Mass. “Đây thực sự là một điều thú vị”, ông nói, "nếu bạn có thể làm các cảm biến này trên giấy, bạn có thể làm cho họ căng ra, phủ bề bặt bởi các chất phỏng sinh học như silicon, và sau đó bạn có thể bắt chước các tính chất của da". “Các cảm biến giá rẻ này có thể được sử dụng tại các dụng cụ phẫu thuật, nội soi tạo nên các cảm giác xúc giác cho bác sĩ phẫu thuật”, Dowling nói.
Việc chế tạo các thiết bị trên đơn giản chỉ cần một máy cắt giấy và một con dao vẽ. Ngược lại, yêu cầu chế tạo của cảm biến silicon quá phức tạp với quá trình quang khác trong phòng sạch. Hiển nhiên là các thiết bị silicon sẽ cho kết quả sử dụng tốt hơn với khả năng đo lực nhỏ hơn. Nhưng các thiết bị silicon cũng thực hiện tốt hơn, đo lực lượng nhỏ hơn 80 μN so với 120 μN của các cảm biến giấy.
Các cảm biến giấy với kích thước lớn hơn một đồng xu, là một dầm cắt ra từ giấy sắc ký dày, thường được sử dụng cho các thí nghiệm hóa học. Tại cơ sở của dầm là một mảnh hình chữ U bằng carbon và miếng đệm liên hệ bằng bạc. Các nhà nghiên cứu dán chúng lại với nhau bằng than chì, mực bạc và giấy nến cắt ra từ phim nhựa vinyl.
Một lực được áp lên làm cho dầm uốn cong và nhấn mạnh vào mảnh carbon làm thay đổi điện trở của nó. Trong các cảm biến áp điện silicon, sự thay đổi điện trở thường được đo bằng cách sử dụng một mạch điện được gọi là cầu Wheatstone, được chế tạo trên một chip cùng với các thiết bị MEMS. Các nhà nghiên cứu Harvard xây dựng mạch cầu của họ trên giấy bằng cách đơn giản là dán điện trở tại các vị trí thích hợp và sau đó kết nối chúng vào mạch bằng cách sử dụng mực bạc.
Nhóm của Whitesides đã có kế hoạch cho các thiết bị giấy khác. Các phòng thí nghiệm đang phát triển các thiết bị chuẩn đoán giá rẻ, dễ sử dụng từ giấy giúp cải thiện tình trạng kiểm tra bệnh ở các nước nghèo. Kế hoạch của nhóm là thiết bị chip giấy kiểm tra bệnh gan sẽ được sản xuất thử nghiệm vào quý II. "Thay vì suy nghĩ nhanh chóng hay khác thường, các ý tưởng cần phải giải quyết được bài toán công nghệ và giá thành một cách tinh tế nhất," Whitesides nói.
Nguồn: http://automation.net.vn/The-gioi-ca...ung-1-lan.html
