3D打印智能帽子,用电子感应探测食物是否变质
而如今,加州大学伯克利分校的工程师,和台湾国立交通大学的同仁们,正致力于让3D打印技术能够打印出更多电子组件,例如电阻、变压器、电容器,还有集成无线电气传感系统,让本来就已经厉害的3D技术更上一层楼。目前,他们已经在测试这项技术,为一牛奶纸盒打印一顶无线“智能帽子”,通过内置传感器探测食物是否有变质的迹象。
这项研究于7月20日(周一),在自然出版集团一份开放获取的杂志《微系统与纳米工程》上发表。
在过去的十年当中,一些重大的研究让3D打印技术可以打印出很多类型的产品,包括修复学方面的、医学植入物、玩具、汽车零部件、建筑材料,甚至食物。而目前,这份目录上还缺少的,就是传感电子部件。
机械工程教授、伯克利传感器与驱动器中心主任、资深作者Liwei Lin说:“我们的论文描述了基本电器元件的3D打印,还有无线传感器的首次演示。将来,人们只要从网上下载3D打印的文件,以及自定义形状和颜色,就可以在家自己打印这些有用的设备了。”
聚合物在3D打印界里是非常受欢迎的材料,因为它们的灵活性,它们可以形成各种各样不同的形状。不过,这种材料的导电性能不好,因此对于要打印电子设备来说并不是特别好的材料。为了解决这个问题,研究员们开始打造一个系统,这个系统是以聚合物和蜡做材料的。做完产品以后,他们就把蜡拿走,这样产品里就会有一些通道,然后再把液态金属——他们在实验中使用的是银——注入然后再处理。
金属的形状和设计决定了不同电子设备的功能。举个例子,细的电线可以做电阻,而平板则会用做电容。但问题在于:这些金属是不是真的有用呢?
为了解答这个问题,研究员们把这些电子部件做成一个塑料牛奶卡板帽子,来监测食物是否变质。这个“智能帽子”内置电容和感应器,形成共振电路。快速摇动卡板,牛奶就会进入帽子的电容缺口,然后整个卡板就会在室温中(约71.6华氏度)封闭放置36小时。
这个电路可以根据电子信号的变化,监测细菌增加的水平。研究员会定期用无线射频针头探测信号的变化,探测时间为实验一开始、之后每隔12个小时,直至达到36小时的封闭放置时间。牛奶的不断变质,会导致电子信号的不断改变。这些改变都会通过智能帽子无线监测,实验发现室温牛奶的峰值震动频率为开始实验的1.5小时,之后震动频率开始下降。相对比之下,放置在39.2华氏度冰箱里的牛奶,在相同时间段里,频率只有0.12%的变化,相对变化比较小。
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