Cảm biến gia tốc làm từ giấy dùng 1 lần potx

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.

Cảm biến gia tốc giấy của phòng
thí nghiệm Mems giấy Harvard với
chi phí một vài peny và khả năng
ứng dụng vô hạn.
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.