T&J:Pembuatan Sensor yang Dapat Dipakai Sangat Cepat

Ying Zhong, Asisten Profesor Teknik Mesin di University of South Florida, dan timnya telah menemukan cara baru untuk mencetak sensor yang dapat dipakai tanpa pengikat polimer. Mereka menyebut produk mereka e-skin.

Ringkasan Teknologi :Apa yang memberi Anda ide untuk menggunakan gaya elektrostatik untuk mencetak sensor fleksibel?

Profesor Ying Zhong: Kami memiliki beberapa kolaborator yang memproduksi perangkat fleksibel — mencetaknya dengan sablon. Itu berarti Anda harus mencampur bubuk fungsional dengan pengikat, memanaskannya, dan menunggu sampai kering, yang membutuhkan waktu lama. Jadi, kami mencari cara untuk mencetak lebih cepat, tanpa pemanasan dan pengeringan.

Saya telah mengerjakan proyek menarik lainnya:menggunakan pelepasan korona untuk merawat permukaan film polimer. Kami menyadari bahwa korona dapat menghasilkan jenis medan listrik kuat yang unik yang dapat kami gunakan untuk mengangkat benda-benda kecil. Hal itu membuat kami bertanya-tanya apakah mungkin menempatkan bubuk kering di bawah film untuk menarik bubuk langsung ke substrat — kami mencobanya dan berhasil.

Kami menemukan masalah dan kami menyadari bahwa teknologi yang sedang kami kerjakan bisa menjadi solusinya.

Ringkasan Teknologi: Saya pikir begitulah kemajuan yang sering terjadi dalam teknologi. Pertanyaan saya berikutnya adalah bahwa begitu partikel tertarik ke substrat, bagaimana mereka bisa bertahan di sana?

Zhong: Seperti yang kami jelaskan dalam makalah kami yang diterbitkan, kami menggunakan pita medis setebal delapan mikrometer, yang memiliki lapisan perekat untuk menahan partikel. Sangat tipis sehingga ketika Anda menempelkannya ke kulit Anda, Anda tidak akan merasakannya.

Ringkasan Teknologi: Bagaimana Anda menggabungkan berbagai jenis sensor saat Anda membuat ini?

Zhong: Teknologi pencetakan ini bersifat “universal” — dapat mencetak berbagai jenis bahan fungsional. Jadi, misalnya, kita dapat menggunakan graphene atau carbon nanotube (CNTs), yang mengubah resistivitas untuk mencerminkan perubahan regangan. Mekanisme kerjanya adalah regangan mengubah jarak antar partikel, menyebabkan perubahan resistansi yang mencerminkan besarnya regangan pada sensor.

Kami juga telah melaporkan sensor suhu berdasarkan bubuk termo-kromik di makalah kami. Seperti yang saya katakan, ini adalah teknologi pencetakan universal — Anda dapat mencetak berbagai jenis bahan fungsional. Sekarang kami menunjukkan bahwa kami dapat mencetak tato sensitif suhu yang berubah warna saat suhu berubah. Kami juga mencoba mencetak bahan yang peka terhadap kelembapan dan berbagai jenis gas seperti amonia, karbon monoksida, dan lainnya.

Ringkasan Teknologi: Pernahkah Anda memikirkan bagaimana hal ini dapat diterapkan secara komersial. Menurut saya, Anda harus membuat jenis printer 3D yang sama sekali berbeda.

Zhong: Ya, saat ini kami bekerja sama dengan Jabil, inc. untuk membangun sistem roll-to-roll, yang memungkinkan Anda membuat perangkat dengan kecepatan tinggi. Karena kami tidak menggunakan binder, kami tidak perlu memanaskan dan menunggu bahan mengering. Artinya, dengan menggunakan sistem roll-to-roll ini untuk mencetak — untuk menghasilkan gaya elektrostatik — kami dapat memproduksi perangkat fleksibel dan bahkan struktur 3D dengan kecepatan tinggi dan biaya rendah.

Ringkasan Teknologi: Apakah sulit untuk menghasilkan dan menangani tegangan tinggi yang diperlukan untuk menghasilkan korona?

Zhong: Meskipun kami membutuhkan 20 hingga 30 kilovolt untuk menghasilkan korona, arusnya sangat rendah, lebih rendah dari 0,1 mA — peralatan lab kami menggunakan daya kurang dari 2 watt— sangat hemat energi.

Ringkasan Teknologi: Apakah merupakan masalah untuk memastikan bahwa tegangan tinggi tidak membahayakan?

Zhong: Yah, tentu saja Anda harus mengelola sistem dan menutupi semua area konduktif di sekitarnya. Berdasarkan pengamatan kami, selama Anda menutupi dudukan elektroda dengan lapisan penyekat, itu akan bekerja dengan sangat baik — kami tidak mengalami terlalu banyak masalah dengan itu.

Ringkasan Teknologi: Bahan apa yang Anda gunakan untuk sampul?

Zhong: Untuk saat ini, di lab kami, kami hanya menggunakan pita isolasi. Di masa depan kami berencana untuk membuat pelapis permukaan atau pemegang isolasi yang lebih terkontrol, yang dapat dengan mudah dilakukan. Kita dapat menggunakan polimer untuk mewujudkan pelapisan, dan printer 3D untuk memproduksi prototipe. Kami memiliki beberapa proyek terkait polimer di lab saya, jadi itu seharusnya mudah.

Ringkasan Teknologi: Apakah Anda memiliki aplikasi lain selain sensor regangan "e-skin" Anda?

Zhong: Ya, misalnya, kami telah berbicara dengan sebuah perusahaan tentang membuat karpet penginderaan regangan cerdas, yang menjadi praktis karena kami adalah teknologi manufaktur yang sangat murah dan sangat cepat yang dapat digunakan untuk mencetak produk dengan area luas. Idenya adalah untuk menghasilkan karpet yang dapat mengidentifikasi berapa banyak orang yang berdiri di atasnya. Anda kemudian dapat, misalnya, menyesuaikan konsumsi energi sistem HVAC berdasarkan jumlah penghuni di sebuah ruangan.

Kami juga bekerja sama dengan seorang rekan pada aplikasi untuk rehabilitasi fisik. Rekan kami bekerja dengan orang-orang yang mengalami kesulitan mengendalikan perilaku kaki mereka. Karena sensor kami sangat tipis, sangat nyaman dan Anda dapat membuatnya cukup besar untuk dipakai. Itu dapat digunakan untuk membantu mereka mengidentifikasi bagaimana mereka dapat mengontrol perilaku kaki mereka dengan lebih baik.

Ada banyak kemungkinan aplikasi masa depan. Misalnya, Anda dapat menempelkannya ke tangan robot. Jika Anda ingin mengambil sesuatu, ia bisa merasakan seberapa besar tekanan yang diterapkan dan seberapa banyak area yang bersentuhan dengannya.

Ringkasan Teknologi: Apakah Anda memiliki perkiraan kasar kapan ini bisa siap untuk penggunaan komersial?

Zhong: Saat ini, kami bekerja dengan Jabil untuk menyiapkan sistem roll-to-roll kecil di lab kami. Jika berfungsi dengan baik, kami akan memasangnya di Jabil dan membantu mereka memproduksi sensor dalam jumlah besar atau ukuran besar. Itu mungkin memakan waktu tiga hingga lima tahun, tetapi terutama hari-hari ini, sulit untuk diprediksi.

Versi yang diedit dari wawancara ini muncul di Tech Briefs edisi Januari 2022.