美空軍和哈佛大學(xué)聯(lián)合研發(fā)3D打印柔性“創(chuàng)可貼”傳感器

通常來講，傳統(tǒng)的“情報(bào)、監(jiān)視與偵察”（ISR）傳感器總是由笨重的天線和大盒子組成，并且需要固定到位。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）和哈佛大學(xué)的研究人員正尋求將傳感器縮小到創(chuàng)可貼大小，為傳感器及傳感器應(yīng)用的發(fā)展創(chuàng)造新的可能。比如，將傳感器的電子元件數(shù)字化地“印刷”成薄片狀、可彎曲、可伸縮的彈性材料。這種傳感器的價(jià)格可能比傳統(tǒng)產(chǎn)品便宜，但真正的意義在于突破了傳統(tǒng)傳感器的局限，顯著減輕下一代ISR的重量。AFRL和哈佛大學(xué)威斯生物啟發(fā)工程研究所的研究人員表示他們已開發(fā)出實(shí)現(xiàn)該設(shè)想的方法。其技術(shù)細(xì)節(jié)已發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志，現(xiàn)正在開發(fā)實(shí)際應(yīng)用。

“混合3D打印”技術(shù)利用增材制造將柔軟的導(dǎo)電油墨與基片結(jié)合在一起，形成有彈性的電子元件

用途

空軍設(shè)想這種新型傳感器將具有一系列的潛在用途。比如纖細(xì)的彈性條帶可取代飛機(jī)上的大盒子傳感器，節(jié)約空間和載重。同時(shí)它們還可以減輕維護(hù)負(fù)擔(dān)，比如加油機(jī)油囊周圍的維護(hù)工作就非常復(fù)雜，需要數(shù)人從飛機(jī)上取下油囊來尋找漏洞，如果油囊上安裝新型柔性傳感器，可降低維護(hù)成本，縮短維護(hù)周期。

其他軍種也可從中受益。研究人員正在研究新型傳感器如何增強(qiáng)步兵能力，比如利用穿戴電子設(shè)備感知疲勞和運(yùn)動，通過監(jiān)測步態(tài)或觀察手臂如何彎曲，提供更好的體能評估以及更深層次了解他們的身體能力和限制。此外，印刷電子不僅僅可用作傳感器，研究人員還在探索使用彈性介質(zhì)印刷電路來產(chǎn)生電力。

運(yùn)用商業(yè)力量

AFRL也通過公私合作機(jī)構(gòu)NextFlex來協(xié)調(diào)組織商業(yè)領(lǐng)域的力量。該聯(lián)盟成立于2015年，正聯(lián)合國防、工業(yè)和學(xué)術(shù)界共同推動柔性電子的發(fā)展。該組織表示，其宗旨是“創(chuàng)造符合規(guī)范的、可伸縮的智能產(chǎn)品，從而開創(chuàng)‘電子一切’的時(shí)代，提升全世界的效率。”AFRL相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，這將提升混合電子領(lǐng)域的制造水平。因?yàn)槌�了基礎(chǔ)科學(xué)外，還需要將這些能力轉(zhuǎn)化為設(shè)備和產(chǎn)品的制造能力。但這一轉(zhuǎn)變可能需要幾年的時(shí)間。

下一步計(jì)劃

AFRL團(tuán)隊(duì)表示，3D打印技術(shù)將在一年內(nèi)完成“印刷”電子元件的生產(chǎn)，但在開發(fā)彈性介質(zhì)方面仍有一些材料科學(xué)工作要做。在他們發(fā)表的研究結(jié)果中，研究人員使用了3D打印機(jī)生成一種導(dǎo)電、含銀的熱塑性聚氨酯，然后運(yùn)用拾放方法將微控制器芯片和LED燈置入柔性基片。這是3D打印機(jī)首次打印帶有集成微電子元件的彈性傳感器，打印機(jī)從零開始打印了一個(gè)完整的彈性電路，實(shí)現(xiàn)了印刷部件與現(xiàn)成電子產(chǎn)品的相結(jié)合。最終產(chǎn)品即使被拉伸超過原尺寸的30%也能保持功能。

來源：集微網(wǎng)