Kannettavien ja puettavien elektronisten laitteiden tulo on mullistanut yhteiskunnan täysin. Kannettavat elektroniset laitteet, kuten matkapuhelimet, kannettavat tietokoneet ja älykellot, ovat helpottaneet ihmisten elämää. Voit välittömästi muodostaa yhteyden ja nähdä hänen läheiset tai ystävänsä elävänä toisella puolella maailmaa Internet-videopuheluiden kautta. Aiemmin piipohjaisella puolijohdeteollisuudella oli suuri rooli elektroniikka- ja informaatioteollisuuden kehityksessä.
Uusien teknologioiden, kuten esineiden internetin (IoT), tekoälyn, terveydenhuollon etävalvonnan, älykodin, ihmisen ja koneen vuorovaikutuksen jne., tulon myötä perinteinen piipohjainen teollisuus on kuitenkin uusien haasteiden edessä.
Nykyään puettava elektroniikka, jossa on integroitu mekaaninen joustavuus ja elektroninen toiminnallisuus, on osoittanut huomattavaa kehitystä ja edistystä verrattuna perinteiseen piipohjaiseen jäykkään elektroniikkaan.
Viimeisimmän materiaalitieteen tutkimuksen avulla on jopa mahdollista valmistaa elektronisia piirejä, jotka eivät ole vain joustavia, vaan myös venyviä, jolloin niitä voidaan käyttää laajempiin sovelluksiin.
Joustava ja puettava elektroniikka on laajalle levinnyt lääketieteen ja terveydenhuollon teollisuudessa. Tekoälyn ja esineiden internetin (IoT) teknologisen fuusion ansiosta lääketieteellisten elektronisten laitteiden, kuten antureiden, toimilaitteiden jne., kanssa on mahdollista mitata ja analysoida potilaita etänä ja tarjota heille haluttu hoito ja hoito.
Koska joustavat ja venyvät lääketieteelliset laitteet ja anturit voivat kietoutua kehon tai kohde-elimen ympärille ja saavuttaa halutun muodon, ovat niiden tekemät mittaukset melko tarkkoja.
Näitä joustavia antureita voidaan käyttää useiden potilastietojen, kuten pulssin, verenpaineen, hengitysnopeuden, pH:n, glukoositason, lämpötilan, hien, syljen jne. mittaamiseen, ja ne voivat auttaa lääketieteen ammattilaisia varhaisessa diagnoosissa.
Myös joustamattomat anturit on kehitetty aiemmin ja käyttävät piitä substraattina, mutta ne eivät jäykkyytensä vuoksi pysty mittaamaan tarkasti fysiologisia parametreja.
Taipuisalla anturilla on kerrosrakenne, jossa pohjakerros on joustavasta polymeerimateriaalista valmistettu substraatti. Antureiden valmistuksessa yleisesti käytetty substraatti sisältää polyeteenitereftalaattia (PET), polyimidia (PI), polydimetyylisiloksaania (PDMS), polypyrrolia, indiumtinaoksidikalvoa (ITO) jne.
Anturissa on substraattikerroksen lisäksi kaksi elektrodikerrosta, ylempi elektrodikerros ja alempi elektrodikerros sähköisen signaalin johtamiseksi anturiin tai sieltä ulos.
Elektrodikerrokset valitaan myös siten, että ne tarjoavat täyden joustavuuden, joka on samanlainen kuin substraattikerros. Yleisesti käytettyjä materiaaleja joustavan anturin elektrodien valmistukseen ovat johtavat polymeerit, hopea (Ag) nanolangat ja metalliverkko kultaa, kuparia tai hopeaa.
Anturin tärkein kerros on aktiivinen kerros, joka sijoitetaan anturin keskelle. Aktiivikerroksen materiaali riippuu anturin tyypistä, eli onko se paineanturi, biokemiallinen anturi, lämpötila-anturi, voima-anturi jne.
Jos anturi on paineanturi, niin aktiivisen kerroksen materiaali voi olla pietsosähköistä materiaalia, joka voi muuntaa ihmisen tärinän, pulssin, sydämenlyönnin jne. muodossa olevan mekaanisen energian sähköiseksi signaaliksi.
Vastaavasti, jos anturi on lämpötila-anturi, niin aktiivisen kerroksen materiaali on lämpösähköistä materiaalia. Joustavassa anturissa aktiivikerrosmateriaali valitaan myös siten, että se on riittävän joustava ja tukee mekaanista taipumista vahingoittumatta.
Joustavat paineanturit käyttävät yleensä polyvinylideenifluoridia (PVDF), ZnO:ta, P (VDF-TrFR) jne. pietsosähköisinä aktiivisina kerroksina, joilla on haluttu joustavuus.
Puettavien ja joustavien antureiden valmistukseen on kehitetty erilaisia tekniikoita. Jotkut näiden antureiden valmistukseen käytetyistä tekniikoista ovat tulostus, sähkökehruu, kuvion siirto ja lisäainevalmistus.
Painatustekniikka on suosituin tekniikka näiden antureiden valmistuksessa. Painatus voi olla silkkipainatusta, joka tunnetaan myös nimellä analoginen painatus tai ehkä digitaalinen tulostus, joka tunnetaan myös nimellä mustesuihkutulostus.
Silkkipainatuksessa valmistetaan maski, joka syötetään tulostimeen ja sitä käytetään tarvittavan kuvion tulostamiseen. Lähes kaikki aikaisemmat anturit ja elektroniset piirit on valmistettu tällä silkkipainotekniikalla.
Nykyään on tullut digitaalinen painatus, jossa ei vaadita maskien valmistusta. Digitaalisessa painatuksessa tulostettava kuvio syötetään digitaalisesti tietokoneeseen ja tulostetaan automaattisesti tietokonekomennolla.
Vaikka digitaalinen painatus on yksinkertainen, helppokäyttöinen ja vaatii vähemmän manuaalista työtä, tässä tekniikassa käytetyn musteen on täytettävä joitain erityisvaatimuksia viskositeetin ja pintajännityksen suhteen.
Toisaalta sähkökehräystekniikassa valmistetaan polymeeriliuos, joka syötetään ruiskuun, joka ajetaan metallineulaan asti ruiskupumpun avulla.
Neulaa pitkin syötetään korkea sähköjännite, jota käytetään polymeeriliuoksen poistamiseen katkaisemalla nesteen pintajännitys. Ruiskutusprosessin aikana polymeeri-liuotin haihtuu ja stabiili polymeerimateriaali kerrostetaan spiraalimaisesti ja saadaan haluttu kuitutuote.
Vastaavasti kuvionsiirtotekniikassa kuvio painetaan jäykkään pinnalle maskia käyttäen tavallisella painotekniikalla ja siirretään myöhemmin joustavalle alustalle.
Erityistä varovaisuutta tarvitaan kuvion siirtoprosessissa, koska tehdyt kuviot ovat herkkiä ja voivat hajota, jos niitä ei käsitellä oikein. Additiivinen valmistus, joka tunnetaan myös nimellä 3D-tulostus, on uusin tulostustekniikka, jota käytetään monimutkaisten elektronisten laitteiden tai sähköpiirien suunnittelussa.
Tässä tekniikassa painatus suoritetaan kerros kerrokselta ja kuviot painetaan toistensa päälle joustavalle alustalle. Tätä tekniikkaa käyttämällä voidaan valmistaa tehokkaasti elektronisia laitteita, joissa on monimutkainen nanoarkkitehtuuri tai -suunnittelu.
Joustavilla ja puetettavilla antureilla on monia yleisiä ja terveydenhuollon sovelluksia. Tietyn anturin käyttöönotto tietyssä apuohjelmassa riippuu suoritettavan mittauksen tai radan tyypistä.
Tyypillisesti käytetyt anturit ovat sähkökemiallisia antureita, paine- tai jännitysantureita, lämpötila-antureita ja niin edelleen. Kuvassa 1 on todistettu muutamia esimerkkejä vartalossa käytetyistä antureista.
Kaikissa näissä antureissa on aktiivinen kerros, joka mittaa tietyn kohdemäärän ja muuntaa sen vastaavaksi sähköiseksi signaaliksi. Terveydenhuollon seurannassa on käytössä monenlaisia sähkökemiallisia antureita, jotka sisältävät glukoosin, hien, syljen, pH:n, lääkekuljetuskolesterolin mittauksen jne.
Sähkökemiallisten antureiden perusperiaate on, että anturimateriaalin ja kohdeaineen välinen kemiallinen vaste muuttaa anturin sähköisiä asuinpaikkoja, jolloin terveydentilan seuranta saadaan aikaan.
Paineanturi tai voimaanturi on tärkeä anturiluokka, jota käytetään mittaamaan monia tärkeitä terveysparametreja, kuten syke, verenpaine, syke jne.
Nämä anturit havaitsevat mekaanisen voiman jännityksen, jännityksen, jännityksen ja vääntömomentin muodossa ja muuntavat ne sähköisiksi signaaliksi. Terveydenhuollossa on monia erilaisia venymäantureita, kuten resistiivisiä antureita, kapasitiivisia antureita ja pietsosähköisiä antureita.
Resistiivisessä anturissa anturikankaan muutosten vastus muuttuu mekaanisen signaalin ilmaisussa ja resistanssin puristuminen pohditaan sähkösignaalin puolella olevan ekstraden muodon sisällä.
Vastaavasti kapasitiivisessa anturissa anturin kapasitanssi muuttuu mekaanisen voiman tai paineen muutoksen myötä ja heijastuu sähköisenä signaalina.
Pietsosähköinen anturi on anturi, joka kehittää sähköisen jännitteen liittimiinsä havaitessaan mekaanisen voiman tai paineen. Monilla lyijypohjaisilla keraamisilla materiaaleilla ja polymeereillä on pietsosähköisiä ominaisuuksia, ja niitä käytetään suoraan tällaisissa antureissa.
Viimeisimpien paineantureiden tutkimusten mukaan additiivinen valmistuksessa valmistettuja huokoisia rakenteita tai nanoarkkitehtuurimalleja voidaan käyttää parantamaan näiden antureiden tehoa tai herkkyyttä.
Toinen puettavien antureiden luokka on lämpötila-anturit. Nämä anturit havaitsevat kehon lämpötilan muutoksen ja heijastavat lähdön sähköisenä signaalina.
Lämpötila-antureita on pääasiassa kahden tyyppisiä, nimittäin resistiivisiä antureita ja pyrosähköisiä antureita. Resistiivisessä lämpötila-anturissa levitetyn materiaalin vastus muuttuu lämpötilan muutoksen myötä.
Tästä syystä ulostulon sähköinen signaali vaihtelee vastaavasti. Metallioksidit, CNT:t, grafeeni ja polymeerikomposiitit ovat yleisesti käytettyjä materiaaleja resistiivisten lämpötila-anturien valmistuksessa.
Pyrosähköisten antureiden tapauksessa materiaalin polarisaatio muuttuu lämpötilan muutoksen myötä. Polarisaatiomuutosta käytetään edelleen sähköisen signaalin tuottamiseen, joka kalibroidaan lämpötilan suhteen
Näiden lisäksi on nykyään saatavilla myös monitoimiantureita. Monitoimisensorissa useita eri toimintoisia kerroksia pinotaan päällekkäin ja niitä käytetään useiden suureiden, kuten lämpötilan, paineen jne., samanaikaisesti havaitsemiseen.
Nämä useat kerrokset asetetaan elektrodien väliin ja koko rakenne kerrostetaan substraattimateriaalin päälle, joka koostuu polymeeripohjasta. Monitoimisensori, joka pystyy mittaamaan rasitusta ja lämpötilaa samanaikaisesti terveydenhuollossa, on valmistettu onnistuneesti.
Yllä olevasta keskustelusta on selvää, että joustavat ja puettavat anturit ovat edistyneet merkittävästi viime vuosina. Nämä anturit yhdistettynä tekoälyyn ja esineiden internetiin löytävät lukuisia sovelluksia yhteiskunnassa. Puettavien antureiden panos terveydenhuollon ja lääketieteen alalla on huomattava, ja niiden panoksen odotetaan kasvavan edelleen tulevaisuudessa.
Monitoimiset anturit, jotka pystyvät mittaamaan useita määriä samanaikaisesti, näyttävät varsin lupaavilta. Lisäksi additiivinen valmistustekniikka on osoittautunut varsin hedelmälliseksi puettavien antureiden monimutkaisten 3D-suunnitelmien valmistuksessa.
Konsepti hallita huokoisuutta puettavissa antureissa parantaa niiden tunnistuskykyä on myös uusi, ja sen odotetaan tuottavan hyviä tuloksia, jos se toteutetaan älykkäällä tavalla.
AVAA VIRTA
Sinun Ideat
Paranna patenttitietosi
Ainutlaatuiset oivallukset odottavat uutiskirjeessämme
Pyydä takaisinsoitto!
Kiitos mielenkiinnostasi TT Consultantsia kohtaan. Täytä lomake, niin otamme sinuun yhteyttä pian
Pyydä takaisinsoitto!
Kiitos mielenkiinnostasi TT Consultantsia kohtaan. Täytä lomake, niin otamme sinuun yhteyttä pian
