3.2.Изготовление сенсоров газов на гибких подложках

3.2.1. Гибкие и износоустойчивые сенсорные плёнки на основе наноматериалов

В работе представлен недавний прогресс в области гибких датчиков, изготовленных с использованием некоторых методов печати на определенном пользователями непланарных (не относящихся к структурам с электронно-дырочными переходами, границы которых входят на одну и ту же плоскую поверхность) подложках. Обсуждаются гибкие датчики деформации и температурные датчики для контроля состояния человека в качестве устройства мониторинга состояния здоровья и обнаружения объекта для роботизированного протеза кожи. Кроме того, внедрены гибкие цифровые и аналоговые схемы для полностью интегрированной гибкой системы устройств.

К онцепция IoTзаключается в том, чтобы распространять датчики повсюду для контроля и обнаружения разнообразной информации для человека, чтобы контролировать всё со всех сторон. Одна из возможностей реализовать эту концепцию− это макромасштабируемые многофункциональные гибкие сенсорные сетевые пленки, изготовленные с использованием недорогих методов изготовления, таких как метод печати. Для того, чтобы предложить один из возможных подходов к этой сенсорной сети, в этом исследовании представлены гибкие сенсорные сети для мониторинга состояния здоровья и кожи роботизированного протеза с использованием в основном неорганических тонких пленок на основе наноматериалов.

Рис. 6. Фотографии (а) изготовленных гибких цифровых и аналоговых схем и (б) искусственной электронной кожи для обнаружения тактильной силы, силы трения и температуры

На рис.6 показаны изготовленные гибкие схемы и искусственная электронная кожа, интегрированная с датчиками деформации и температуры. Гибкие схемы, показанные на рис. 6a) - взаимодополняющие триггерные схемы NAND, NOR и JK на основе металл-оксид-полупроводника (CMOS). Цепь может управляться относительно низким потреблением энергии при рабочем напряжении 5 В и высоком коэффициенте усиления (~ 40) на гибкой подложке. Что касается печатных листов гибких датчиков, на рис.6 б) показана полностью напечатанная искусственная электронная кожа.

Таким образом,в этом исследовании были продемонстрировано использование устройства макроскопических гибких пленок, главным образом, неорганических технологий печати наноматериалов. В качестве демонстрации интеграции устройства гибкие цифровые / аналоговые схемы и искусственная электронная кожа были изготовлены на гибкой подложке. Кроме того, этот метод в настоящее время расширяется для мониторинга состояния здоровья, изменяя структуру устройства и материалы датчиков[6].

3.2.2.Носимые, человеко-интерактивные, контролирующие здоровье беспроводные устройства

Носимые человеко-интерактивные устройства - это передовые технологии, которые улучшают комфорт, удобство и безопасность людей и будут иметь широкий спектр приложений от робототехники до клинического мониторинга состояния здоровья. В этом исследовании в качестве первого доказательства концепции предлагается полностью печатное носимое человеко-интерактивное устройство, называемое «умная повязка». Устройство включает сенсорные и температурные датчики для мониторинга состояния здоровья, системы доставки лекарств для улучшения здоровья и беспроводной катушки для обнаружения прикосновения. Датчики, структура микроэлектромеханических систем (MEMS) и беспроводная катушка монолитно интегрированы на гибкие подложки. На человеческом плече демонстрируется умная повязка (рис.7).

После учета затрат для структурирования материала использовался метод макромасштабной печати без стандартных полупроводниковых процессов. Функции мониторинга здоровья включают беспроводное обнаружение прикосновения и температуру кожи пользователя. Кроме того, чтобы удовлетворить потребности пользователя, гибкая структура MEMS позволяет интегрировать насос доставки лекарств (DDP) с микролипидным каналом для извлечения лекарственного средства.

Е мкостный сенсорный датчик был сфокусирован на противоположной стороне подложки, из которой была создана диаграмма направленности беспроводной катушки. Для соединения верхней и задней поверхностей подложки лазерный режущий инструмент использовался для образования через отверстия через подложку Каптона. Затем была напечатаны чернила Ag для подключения беспроводной катушки и сенсорного датчика через эти отверстия.

Рис. 7. Умная повязка»: (a) с и (b) без емкостной сенсорной панели. Умная повязка, интегрированная с сенсорными и температурными датчиками, беспроводной катушкой и DDP (c) с и (d) без емкостной сенсорной панели

Самое длинное время отклика на основе датчика температуры было ~18 с, что достаточно высоко для системы мониторинга здоровья. Тем не менее, чувствительность датчика температуры может быть улучшена с учетом геометрии устройства. Устройство было успешно интегрировано с аналогичной или лучшей производительностью по сравнению с другими датчиками, изготовленными обычным полупроводниковым процессом. Кроме того, концепция гибкого устройства MEMS должна реализовать новую функцию для гибкой электроники. Следовательно, эта человеческая интерактивная концепция «умной повязки» должна играть важную роль для будущей пригодной для носки и способствовать развитию медицинской технике [7].